JP6711153B2 - Fuel cell system and control method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池から排出されるカソード排ガスを燃焼させる燃焼器を備える燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system including a combustor that burns cathode exhaust gas discharged from a fuel cell.

上述した燃焼器を備える燃料電池システムには、燃焼器が備える酸化処理用の触媒の表面に液水が付着している状態でシステム起動すると、触媒反応が生じないことによってカソード排ガスが燃焼しないという問題があった。 In the above-described fuel cell system including the combustor, when the system is started in a state where liquid water is attached to the surface of the catalyst for oxidation treatment included in the combustor, the cathode exhaust gas does not burn because the catalytic reaction does not occur. There was a problem.

特許文献１では、システム起動時に燃焼器内に乾燥空気を供給することによって触媒を乾燥させてから燃料電池の発電を開始する技術が開示されている。 Patent Document 1 discloses a technique in which dry air is supplied into the combustor at the time of system startup to dry the catalyst and then start power generation of the fuel cell.

特開２００４−２４１１８３号公報JP, 2004-241183, A

しかしながら、上記文献の技術のようにシステムの起動時に触媒を乾燥させると、触媒が乾燥するまで発電を開始できないので、起動に要する時間が延びてしまう。その結果、燃費性能の低下を招くこととなる。 However, if the catalyst is dried at the time of system startup as in the technique of the above-mentioned document, power generation cannot be started until the catalyst is dried, so that the time required for startup will be extended. As a result, the fuel efficiency is deteriorated.

そこで本発明では、システム起動時に速やかに発電を開始し得る燃料電池システムを提供することを目的とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide a fuel cell system capable of promptly starting power generation at system startup.

本発明のある態様によれば、アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池と、燃料電池にカソードガスを供給するコンプレッサと、燃料電池から排出されるカソード排ガスの供給を受けてコンプレッサの補助駆動力を生成するタービンと、燃料電池とタービンとの間に設置されカソード排ガスとアノードガスとを混合して燃焼させる燃焼器と、を備える燃料電池システムが提供される。燃料電池システムは、さらに車両停止時に燃焼器の水分を除去する燃焼器乾燥装置と、燃焼器乾燥装置の動作タイミングを調整するコントローラとを有する。コントローラは、停車状態か否かを判断する停車判断部と、燃料電池への空気供給を停止した状態で燃料電池から電力を取り出すことにより燃料電池の電圧を低下させるシステム停止処理の開始前であるときに、停車に伴う燃焼器への空気供給停止が実行される前の時期であるか否かを判断する空気供給停止判断部と、を備える。 According to an aspect of the present invention, a fuel cell that receives the supply of an anode gas and a cathode gas to generate electricity, a compressor that supplies the cathode gas to the fuel cell, and a compressor that receives the cathode exhaust gas discharged from the fuel cell. There is provided a fuel cell system including: a turbine that generates the auxiliary driving force for the fuel cell; and a combustor that is installed between the fuel cell and the turbine and that mixes and burns the cathode exhaust gas and the anode gas. The fuel cell system further includes a combustor dryer that removes water from the combustor when the vehicle is stopped, and a controller that adjusts the operation timing of the combustor dryer. The controller is before the start of a system stop process for determining whether the vehicle is in a stopped state and a system for stopping the system to reduce the voltage of the fuel cell by extracting electric power from the fuel cell in a state where the air supply to the fuel cell is stopped. And an air supply stop determination unit that determines whether or not it is a time before the stop of the air supply to the combustor due to the stop of the vehicle.

上記態様によれば、停車に伴う燃焼器への空気供給が停止されるまえに燃焼器を乾燥させることによって次回のシステム起動時まで燃焼器の乾燥状態を維持できる。すなわち、システム起動時に速やかに発電を開始することが可能となる。 According to the above aspect, by drying the combustor before the air supply to the combustor is stopped when the vehicle is stopped, the dry state of the combustor can be maintained until the next system startup. That is, it is possible to start power generation immediately when the system is started.

図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 図２は、本発明の概要を説明するためのタイミングチャートである。FIG. 2 is a timing chart for explaining the outline of the present invention. 図３は、第１実施形態に係る制御ルーチンを示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing a control routine according to the first embodiment. 図４は、第１実施形態の効果を説明するためのタイミングチャートである（その１）。FIG. 4 is a timing chart for explaining the effect of the first embodiment (No. 1). 図５は、第１実施形態の効果を説明するためのタイミングチャートである（その２）。FIG. 5 is a timing chart for explaining the effect of the first embodiment (No. 2). 図６は、水素ＯＮ域を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the hydrogen ON region. 図７は、第１実施形態の効果を説明するためのタイミングチャートである（その３）。FIG. 7 is a timing chart for explaining the effect of the first embodiment (part 3). 図８は、第１実施形態の効果を説明するためのタイミングチャートである（その４）。FIG. 8 is a timing chart for explaining the effect of the first embodiment (No. 4). 図９は、第２実施形態の制御を説明するためのタイミングチャートである。FIG. 9 is a timing chart for explaining the control of the second embodiment. 図１０は、燃焼器乾燥運転中における空気及び水素の供給形態の他の例を示すタイミングチャートである。FIG. 10 is a timing chart showing another example of the supply form of air and hydrogen during the combustor drying operation. 図１１は、燃焼器乾燥運転中における空気及び水素の供給形態のさらに他の例を示すタイミングチャートである。FIG. 11 is a timing chart showing still another example of the supply form of air and hydrogen during the combustor drying operation. 図１２は、第２実施形態の制御の変形例を示すタイミングチャートである。FIG. 12 is a timing chart showing a modified example of the control of the second embodiment. 図１３は、第３実施形態の制御を説明するためのタイミングチャートである。FIG. 13 is a timing chart for explaining the control of the third embodiment.

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態にかかる燃料電池システム１００の構成図である。 (First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system 100 according to the first embodiment.

燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１０と、カソード給排機構１２と、アノード供給機構１４と、熱供給機構１５と、コンプレッサ５０及びタービン５２を有する燃焼器乾燥装置としてのコンプレッサ動力供給機構１６と、スタック冷却機構１７と、コントローラ２０と、を有している。 The fuel cell system 100 includes a fuel cell stack 10, a cathode supply/discharge mechanism 12, an anode supply mechanism 14, a heat supply mechanism 15, and a compressor power supply mechanism 16 as a combustor dryer having a compressor 50 and a turbine 52. The stack cooling mechanism 17 and the controller 20 are included.

燃料電池スタック１０は、複数の燃料電池を積層した積層電池である。燃料電池スタック１０は、アノード供給機構１４からのアノードガス（水素）の供給及びカソード給排機構１２からのカソードガス（空気）の供給を受けて、車両の走行に必要な電力を発電する。この発電電力は、燃料電池システム１００を作動するときに使用されるコンプレッサ５０等の各種の補機類や、図示しない車輪駆動用のモータで使用される。燃料電池スタック１０の正極端子及び負極端子には、燃料電池スタック１０に形成された電解質膜の湿潤状態に相関するインピーダンスを計測するインピーダンス計測装置１１が接続されている。 The fuel cell stack 10 is a laminated cell in which a plurality of fuel cells are laminated. The fuel cell stack 10 receives the supply of the anode gas (hydrogen) from the anode supply mechanism 14 and the supply of the cathode gas (air) from the cathode supply/discharge mechanism 12, and generates the electric power necessary for traveling of the vehicle. This generated electric power is used by various auxiliary equipment such as the compressor 50 used when operating the fuel cell system 100, and a wheel driving motor (not shown). An impedance measuring device 11 that measures an impedance that correlates with a wet state of an electrolyte membrane formed in the fuel cell stack 10 is connected to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the fuel cell stack 10.

インピーダンス計測装置１１は、燃料電池スタック１０の正極端子に交流電流を供給し、燃料電池スタック１０の正極端子と負極端子に生じる電圧の交流成分を検出する。そしてインピーダンス計測装置１１は、供給した交流電流と検出した電圧の交流成分とに基づいて、燃料電池スタック１０の交流抵抗、すなわちＨＦＲ（High frequency Resistance）を演算する。インピーダンス計測装置１１は、演算したＨＦＲをＨＦＲ計測値としてコントローラ２０に入力する。なお、インピーダンス計測装置１１は、燃料電池スタック１０の出力電圧や出力電流などを計測してもよい。 The impedance measuring device 11 supplies an alternating current to the positive electrode terminal of the fuel cell stack 10 and detects the alternating current component of the voltage generated at the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the fuel cell stack 10. Then, the impedance measuring device 11 calculates the AC resistance of the fuel cell stack 10, that is, HFR (High frequency Resistance), based on the supplied AC current and the detected AC component of the voltage. The impedance measuring device 11 inputs the calculated HFR to the controller 20 as an HFR measurement value. The impedance measuring device 11 may measure the output voltage or output current of the fuel cell stack 10.

カソード給排機構１２は、カソードガス供給通路２２と、カソード排ガス通路２４と、を備えている。 The cathode supply/discharge mechanism 12 includes a cathode gas supply passage 22 and a cathode exhaust gas passage 24.

カソードガス供給通路２２は、燃料電池スタック１０に供給される空気が流れる通路である。カソードガス供給通路２２の一端はガスフィルタ２３に接続され、他端は燃料電池スタック１０に接続される。 The cathode gas supply passage 22 is a passage through which air supplied to the fuel cell stack 10 flows. One end of the cathode gas supply passage 22 is connected to the gas filter 23, and the other end is connected to the fuel cell stack 10.

そして、カソードガス供給通路２２には、上流から順に、エアフローセンサ２６と、コンプレッサ吐出温度センサ２７と、アフタークーラ２８と、スタック供給空気温度センサ２９と、空気圧力センサ３０と、が設けられている。 An air flow sensor 26, a compressor discharge temperature sensor 27, an aftercooler 28, a stack supply air temperature sensor 29, and an air pressure sensor 30 are provided in the cathode gas supply passage 22 in this order from the upstream side. ..

エアフローセンサ２６は、カソードガス供給通路２２において、コンプレッサ動力供給機構１６のコンプレッサ５０の吸気入口に設けられている。エアフローセンサ２６は、コンプレッサ５０に吸入される空気の流量（以下では「コンプレッサ流量」とも記載する）を検出する。以下では、このエアフローセンサ２６の検出値を「コンプレッサ流量検出値」とも記載する。エアフローセンサ２６で検出されたコンプレッサ流量検出値は、コントローラ２０に入力される。 The air flow sensor 26 is provided at the intake inlet of the compressor 50 of the compressor power supply mechanism 16 in the cathode gas supply passage 22. The air flow sensor 26 detects the flow rate of air taken into the compressor 50 (hereinafter also referred to as “compressor flow rate”). Hereinafter, the detection value of the air flow sensor 26 will also be referred to as “compressor flow rate detection value”. The compressor flow rate detection value detected by the air flow sensor 26 is input to the controller 20.

コンプレッサ吐出温度センサ２７は、コンプレッサ５０から吐出され、アフタークーラ２８より上流の空気温度（以下では「コンプレッサ吐出温度」とも記載する）を検出する。 The compressor discharge temperature sensor 27 detects the temperature of the air discharged from the compressor 50 and upstream of the aftercooler 28 (hereinafter also referred to as “compressor discharge temperature”).

また、カソードガス供給通路２２において、エアフローセンサ２６とコンプレッサ吐出温度センサ２７の間には、バイパス弁３２を有するバイパス通路３３が接続されている。このバイパス通路３３は、カソードガス供給通路２２とカソード排ガス通路２４を連結する通路である。すなわち、バイパス通路３３は、アフタークーラ２８の上流から該アフタークーラ２８と燃料電池スタック１０をバイパスして後述する触媒燃焼器３６にカソードガスを供給する通路である。 Further, in the cathode gas supply passage 22, a bypass passage 33 having a bypass valve 32 is connected between the air flow sensor 26 and the compressor discharge temperature sensor 27. The bypass passage 33 is a passage that connects the cathode gas supply passage 22 and the cathode exhaust gas passage 24. That is, the bypass passage 33 is a passage that bypasses the aftercooler 28 and the fuel cell stack 10 from the upstream of the aftercooler 28 and supplies the cathode gas to the catalyst combustor 36 described later.

アフタークーラ２８は、コンプレッサ５０から吐出されて燃料電池スタック１０に送られる空気を冷却する。アフタークーラ２８は、水冷式の熱交換器として構成されており、スタック冷却機構１７と接続されている。すなわち、アフタークーラ２８により、燃料電池スタック１０の冷却に用いる冷却水と燃料電池スタック１０に供給すべき空気との間で熱交換が行われる。 The aftercooler 28 cools the air discharged from the compressor 50 and sent to the fuel cell stack 10. The aftercooler 28 is configured as a water-cooled heat exchanger, and is connected to the stack cooling mechanism 17. That is, the aftercooler 28 performs heat exchange between the cooling water used for cooling the fuel cell stack 10 and the air to be supplied to the fuel cell stack 10.

スタック供給空気温度センサ２９は、アフタークーラ２８で冷却されて燃料電池スタック１０に供給されるカソードガスの温度（以下では「スタック供給空気温度」とも記載する）を検出する。 The stack supply air temperature sensor 29 detects the temperature of the cathode gas cooled by the aftercooler 28 and supplied to the fuel cell stack 10 (hereinafter, also referred to as “stack supply air temperature”).

空気圧力センサ３０は、カソードガス供給通路２２内の圧力、すなわち燃料電池スタック１０に供給される空気の圧力（以下では「空気圧力」とも記載する）を検出する。空気圧力センサ３０で検出された空気圧力検出値は、コントローラ２０に入力される。 The air pressure sensor 30 detects the pressure in the cathode gas supply passage 22, that is, the pressure of the air supplied to the fuel cell stack 10 (hereinafter also referred to as “air pressure”). The air pressure detection value detected by the air pressure sensor 30 is input to the controller 20.

バイパス弁３２は、燃料電池スタック１０をバイパスしてカソード排ガス通路２４に供給する空気流量を調節する調圧弁であり、コントローラ２０によって開閉制御される。すなわち、バイパス弁３２は、コンプレッサ５０から供給された空気の内、バイパス通路３３を介して燃料電池スタック１０をバイパスしてカソード排ガス通路２４に供給する空気流量を調節する弁である。 The bypass valve 32 is a pressure regulating valve that bypasses the fuel cell stack 10 and adjusts the flow rate of air supplied to the cathode exhaust gas passage 24, and is opened/closed by the controller 20. That is, the bypass valve 32 is a valve that adjusts the flow rate of the air supplied from the compressor 50, which bypasses the fuel cell stack 10 via the bypass passage 33 and is supplied to the cathode exhaust gas passage 24.

また、本実施形態では、バイパス通路３３は、既に述べたようにカソード排ガス通路２４における触媒燃焼器３６の上流に連通されている。したがって、このバイパス通路３３により、カソードガス供給通路２２内の空気をカソード排ガス通路２４に供給し、触媒燃焼器３６に供給するカソード排ガスの酸素濃度を向上させることができる。 Further, in the present embodiment, the bypass passage 33 is connected to the upstream of the catalytic combustor 36 in the cathode exhaust gas passage 24 as described above. Therefore, the bypass passage 33 can supply the air in the cathode gas supply passage 22 to the cathode exhaust gas passage 24 and improve the oxygen concentration of the cathode exhaust gas supplied to the catalytic combustor 36.

さらに、カソード排ガス通路２４は、一端が燃料電池スタック１０のカソード出口に接続されるとともに、他端がタービン５２に連結されている。またカソード排ガス通路２４には、熱供給機構１５が設けられている。 Further, the cathode exhaust gas passage 24 has one end connected to the cathode outlet of the fuel cell stack 10 and the other end connected to the turbine 52. A heat supply mechanism 15 is provided in the cathode exhaust gas passage 24.

熱供給機構１５は、上述の触媒燃焼器３６と、タービン入口温度センサ３８と、を有している。この触媒燃焼器３６とタービン入口温度センサ３８は、燃料電池スタック１０からタービン５２に向かってこの順で、カソード排ガス通路２４に設けられている。 The heat supply mechanism 15 has the above-mentioned catalytic combustor 36 and the turbine inlet temperature sensor 38. The catalytic combustor 36 and the turbine inlet temperature sensor 38 are provided in the cathode exhaust gas passage 24 in this order from the fuel cell stack 10 toward the turbine 52.

触媒燃焼器３６は、アノードガスとカソードガスを図示しないミキサで混合してなる混合ガスを、白金等による触媒作用で触媒燃焼させる。この触媒燃焼器３６には、アノード供給機構１４から燃焼用アノードガス供給通路６４を介してアノードガスが供給される一方で、カソード排ガス通路２４を介して燃料電池スタック１０からカソード排ガス及びバイパス通路３３から空気が供給される。したがって、触媒燃焼器３６に供給されるカソードガスには、バイパス通路３３を介して供給される空気と、燃料電池スタック１０から排出されたカソード排ガスが含まれることとなる。 The catalytic combustor 36 catalytically combusts a mixed gas obtained by mixing an anode gas and a cathode gas with a mixer (not shown) by a catalytic action of platinum or the like. The anode gas is supplied from the anode supply mechanism 14 to the catalytic combustor 36 via the combustion anode gas supply passage 64, while the cathode exhaust gas from the fuel cell stack 10 via the cathode exhaust gas passage 24 and the bypass passage 33. Is supplied with air. Therefore, the cathode gas supplied to the catalytic combustor 36 includes the air supplied through the bypass passage 33 and the cathode exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10.

なお、本実施形態では、燃焼器として触媒燃焼器３６を用いることで、拡散燃焼方式の燃焼器や希薄予混合燃焼方式の燃焼器を用いる場合と比較して、窒素化合物（Ｎｏｘ）の発生が抑制される。しかしながら、拡散燃焼方式の燃焼器や希薄予混合燃焼方式の燃焼器等の触媒燃焼器以外の燃焼器を用いても良い。 In the present embodiment, the use of the catalytic combustor 36 as the combustor causes the generation of nitrogen compounds (Nox), as compared to the case of using the diffusion combustor or the lean premixed combustor. Suppressed. However, a combustor other than a catalytic combustor such as a diffusion combustion combustor or a lean premixed combustion combustor may be used.

タービン入口温度センサ３８は、触媒燃焼器３６による燃焼の後に残った燃焼後ガスの温度、すなわちコンプレッサ動力供給機構１６のタービン５２に供給される燃焼後ガスの温度（以下では、「タービン入口温度」とも記載する）を検出する。なお、タービン入口温度センサ３８で検出されたタービン入口温度の検出値は、コントローラ２０に入力される。 The turbine inlet temperature sensor 38 measures the temperature of the post-combustion gas remaining after the combustion by the catalytic combustor 36, that is, the temperature of the post-combustion gas supplied to the turbine 52 of the compressor power supply mechanism 16 (hereinafter, “turbine inlet temperature”). (Also described)) is detected. The detected value of the turbine inlet temperature detected by the turbine inlet temperature sensor 38 is input to the controller 20.

次に、アノード供給機構１４について説明する。本実施形態におけるアノード供給機構１４は、高圧タンク６０と、スタック用アノードガス供給通路６２と、燃焼用アノードガス供給通路６４と、を備えている。 Next, the anode supply mechanism 14 will be described. The anode supply mechanism 14 in the present embodiment includes a high pressure tank 60, a stack anode gas supply passage 62, and a combustion anode gas supply passage 64.

高圧タンク６０は、燃料電池スタック１０に供給するアノードガスである水素を高圧状態に保って貯蔵するガス貯蔵容器である。 The high-pressure tank 60 is a gas storage container that stores hydrogen, which is the anode gas supplied to the fuel cell stack 10, at a high pressure.

スタック用アノードガス供給通路６２は、高圧タンク６０から排出される水素を燃料電池スタック１０に供給する通路である。スタック用アノードガス供給通路６２の一端は高圧タンク６０に接続され、他端は燃料電池スタック１０に接続される。 The stack anode gas supply passage 62 is a passage for supplying hydrogen discharged from the high-pressure tank 60 to the fuel cell stack 10. One end of the stack anode gas supply passage 62 is connected to the high pressure tank 60, and the other end is connected to the fuel cell stack 10.

また、スタック用アノードガス供給通路６２には、アノードガス供給弁６６と、水素圧力検出センサ６７と、が設けられている。アノードガス供給弁６６は、燃料電池スタック１０への水素の供給量を任意に調節する調圧弁である。 Further, the stack anode gas supply passage 62 is provided with an anode gas supply valve 66 and a hydrogen pressure detection sensor 67. The anode gas supply valve 66 is a pressure regulating valve that arbitrarily adjusts the amount of hydrogen supplied to the fuel cell stack 10.

水素圧力検出センサ６７は、燃料電池スタック１０に供給される水素の圧力（以下では、「水素圧力」とも記載する）を検出する。なお、水素圧力検出センサ６７で検出された水素圧力検出値は、コントローラ２０に入力される。 The hydrogen pressure detection sensor 67 detects the pressure of hydrogen supplied to the fuel cell stack 10 (hereinafter, also referred to as “hydrogen pressure”). The hydrogen pressure detection value detected by the hydrogen pressure detection sensor 67 is input to the controller 20.

一方、燃焼用アノードガス供給通路６４は、高圧タンク６０から排出される水素の一部を、触媒燃焼器３６に供給する通路である。そして、燃焼用アノードガス供給通路６４は、その一端がスタック用アノードガス供給通路６２に連通して分岐しており、他端が触媒燃焼器３６に連結されている。 On the other hand, the combustion anode gas supply passage 64 is a passage for supplying a part of hydrogen discharged from the high-pressure tank 60 to the catalytic combustor 36. The combustion anode gas supply passage 64 has one end communicating with and branched from the stack anode gas supply passage 62, and the other end connected to the catalytic combustor 36.

また、燃焼用アノードガス供給通路６４には、触媒燃焼器３６への水素供給量を任意に調節する燃焼器水素供給弁６８が設けられている。燃焼器水素供給弁６８は、その開度が連続的又は段階的に調節されることで触媒燃焼器３６への水素供給量を適宜調節する調圧弁である。 Further, the combustion anode gas supply passage 64 is provided with a combustor hydrogen supply valve 68 for arbitrarily adjusting the hydrogen supply amount to the catalytic combustor 36. The combustor hydrogen supply valve 68 is a pressure regulating valve that appropriately adjusts the amount of hydrogen supplied to the catalytic combustor 36 by adjusting the opening thereof continuously or stepwise.

なお、本実施形態に係る燃料電池システム１００において、燃料電池スタック１０からのアノード排ガスは、たとえば循環型又は非循環型の図示しないアノード排気機構により処理することができる。 In the fuel cell system 100 according to this embodiment, the anode exhaust gas from the fuel cell stack 10 can be processed by, for example, a circulation type or non-circulation type anode exhaust mechanism (not shown).

次に、コンプレッサ動力供給機構１６について説明する。コンプレッサ動力供給機構１６は、コンプレッサ５０と、タービン５２と、電動モータとしてのコンプレッサ駆動モータ５４と、を備えている。 Next, the compressor power supply mechanism 16 will be described. The compressor power supply mechanism 16 includes a compressor 50, a turbine 52, and a compressor drive motor 54 as an electric motor.

コンプレッサ５０は、コンプレッサ駆動モータ５４及びタービン５２と回転駆動軸５７を介して接続されている。コンプレッサ５０は、回転駆動されて外気を吸入し、カソードガス供給通路２２を介して燃料電池スタック１０にカソードガスを供給するように構成されている。なお、コンプレッサ５０は、コンプレッサ駆動モータ５４及びタービン５２の一方又は双方の動力のいずれかにより駆動することができる。 The compressor 50 is connected to the compressor drive motor 54 and the turbine 52 via a rotary drive shaft 57. The compressor 50 is configured to be rotationally driven to suck the outside air and supply the cathode gas to the fuel cell stack 10 via the cathode gas supply passage 22. The compressor 50 can be driven by the power of one or both of the compressor drive motor 54 and the turbine 52.

タービン５２は、触媒燃焼器３６から供給される燃焼後ガスによって回転駆動される。そして、タービン５２は、この回転駆動力を、回転駆動軸５７及びコンプレッサ駆動モータ５４を介してコンプレッサ５０に動力を出力する。すなわち、タービン５２からの回収動力でコンプレッサ５０を駆動することができる。また、タービン５２の駆動に使用された後の燃焼後ガスは、タービン排気通路５３を介して排出される。 The turbine 52 is rotationally driven by the post-combustion gas supplied from the catalytic combustor 36. Then, the turbine 52 outputs this rotational drive force to the compressor 50 via the rotational drive shaft 57 and the compressor drive motor 54. That is, the compressor 50 can be driven by the power recovered from the turbine 52. Further, the post-combustion gas used after driving the turbine 52 is discharged through the turbine exhaust passage 53.

コンプレッサ５０の動力要求が比較的大きく、タービン５２による回収動力を増加させる必要がある場合などには、タービン５２へ流入する燃焼後ガスの供給流量（以下では、「タービンガス流入流量」とも記載する）、温度（以下では、「タービン入口温度」）、及び圧力を増加させてコンプレッサ５０へ好適に動力を供給することができる。 When the power demand of the compressor 50 is relatively large and the recovery power by the turbine 52 needs to be increased, for example, the supply flow rate of the post-combustion gas flowing into the turbine 52 (hereinafter, also referred to as “turbine gas inflow flow rate”). ), temperature (hereinafter “turbine inlet temperature”), and pressure can be increased to suitably power compressor 50.

なお、タービン５２による回収動力を、コンプレッサ５０の回転駆動力だけではなく、燃料電池システム１００内の他の任意の動力要求機構において使用しても良い。 The power recovered by the turbine 52 may be used not only in the rotational driving force of the compressor 50 but also in any other power request mechanism in the fuel cell system 100.

コンプレッサ駆動モータ５４は、回転駆動軸５７の一方側でコンプレッサ５０に接続されるとともに、回転駆動軸５７の他方側でタービン５２に接続される。コンプレッサ駆動モータ５４は、図示しないバッテリ、燃料電池スタック１０、及びタービン５２等から電力の供給を受けて回転駆動する電動機としての機能（力行モード）、及び外力によって回転駆動されることで発電し、バッテリや燃料電池スタック１０に電力を供給する発電機としての機能（回生モード）を有する。コンプレッサ駆動モータ５４は、図示しないモータケースと、モータケースの内周面に固定されるステータと、ステータの内側に回転可能に配置されるロータと、ロータに設けられた回転駆動軸５７と、を備える。 The compressor drive motor 54 is connected to the compressor 50 on one side of the rotary drive shaft 57 and is connected to the turbine 52 on the other side of the rotary drive shaft 57. The compressor drive motor 54 functions as an electric motor (power running mode) in which electric power is supplied from a battery (not shown), the fuel cell stack 10, the turbine 52, and the like, and is rotationally driven by an external force to generate electric power. It has a function (regeneration mode) as a generator that supplies electric power to the battery and the fuel cell stack 10. The compressor drive motor 54 includes a motor case (not shown), a stator fixed to the inner peripheral surface of the motor case, a rotor rotatably arranged inside the stator, and a rotary drive shaft 57 provided on the rotor. Prepare

また、コンプレッサ駆動モータ５４には、トルクセンサ５５及び回転速度センサ５６が設けられている。トルクセンサ５５は、コンプレッサ駆動モータ５４のトルクを検出する。そして、トルクセンサ５５で検出されたコンプレッサ駆動モータ５４のトルク検出値は、コントローラ２０に入力される。 Further, the compressor drive motor 54 is provided with a torque sensor 55 and a rotation speed sensor 56. The torque sensor 55 detects the torque of the compressor drive motor 54. Then, the torque detection value of the compressor drive motor 54 detected by the torque sensor 55 is input to the controller 20.

さらに、回転速度センサ５６は、コンプレッサ駆動モータ５４の回転速度を検出する。回転速度センサ５６で検出されたコンプレッサ回転速度検出値は、コントローラ２０に入力される。 Further, the rotation speed sensor 56 detects the rotation speed of the compressor drive motor 54. The compressor rotation speed detection value detected by the rotation speed sensor 56 is input to the controller 20.

次に、スタック冷却機構１７について説明する。スタック冷却機構１７は、冷却水循環流路７６と、冷却水循環流路７６を流れる冷却水を外気等と熱交換し、当該冷却水を冷却するラジエータ７７と、を有している。 Next, the stack cooling mechanism 17 will be described. The stack cooling mechanism 17 includes a cooling water circulation passage 76 and a radiator 77 that heats the cooling water flowing through the cooling water circulation passage 76 with outside air to cool the cooling water.

冷却水循環流路７６は、図示しない燃料電池スタック１０の冷却水通路を含む環状循環路として構成されている。この冷却水循環流路７６には、冷却水循環ポンプ７８が設けられており、これにより冷却水の循環が可能となっている。 The cooling water circulation passage 76 is configured as an annular circulation passage including a cooling water passage of the fuel cell stack 10 (not shown). A cooling water circulation pump 78 is provided in the cooling water circulation flow path 76, whereby the cooling water can be circulated.

そして、冷却水循環流路７６を循環する冷却水は、燃料電池スタック１０の冷却水入口１０ａからスタック内に供給されるとともに、燃料電池スタック１０の冷却水出口１０ｂから排出される方向に流れる。 Then, the cooling water circulating in the cooling water circulation passage 76 is supplied into the stack from the cooling water inlet 10a of the fuel cell stack 10 and flows in the direction of being discharged from the cooling water outlet 10b of the fuel cell stack 10.

さらに、冷却水循環流路７６には、ラジエータ７７よりも上流の位置において、ラジエータバイパス三方弁８０が設けられている。ラジエータバイパス三方弁８０は、ラジエータ７７に供給される冷却水の量を調節する。例えば、冷却水の温度が比較的高い場合には、ラジエータバイパス三方弁８０を開放状態として、冷却水をラジエータ７７に循環させる。一方で、冷却水の温度が比較的高い場合には、ラジエータバイパス三方弁８０を閉塞状態として、ラジエータ７７をバイパスするように冷却水をバイパス路８０ａに流す。 Further, a radiator bypass three-way valve 80 is provided in the cooling water circulation passage 76 at a position upstream of the radiator 77. The radiator bypass three-way valve 80 regulates the amount of cooling water supplied to the radiator 77. For example, when the temperature of the cooling water is relatively high, the radiator bypass three-way valve 80 is opened and the cooling water is circulated to the radiator 77. On the other hand, when the temperature of the cooling water is relatively high, the radiator bypass three-way valve 80 is closed and the cooling water is caused to flow through the bypass passage 80a so as to bypass the radiator 77.

また、冷却水循環流路７６には、燃料電池スタック１０の冷却水入口１０ａの近傍に入口水温センサ８１が設けられ、燃料電池スタック１０の冷却水出口１０ｂの近傍に出口水温センサ８２が設けられている。 In the cooling water circulation passage 76, an inlet water temperature sensor 81 is provided near the cooling water inlet 10a of the fuel cell stack 10, and an outlet water temperature sensor 82 is provided near the cooling water outlet 10b of the fuel cell stack 10. There is.

入口水温センサ８１は、燃料電池スタック１０へ流入される冷却水の温度を検出する。出口水温センサ８２は、燃料電池スタック１０から排出される冷却水の温度を検出する。入口水温センサ８１で検出されたスタック入口水温検出値と出口水温センサ８２で検出されたスタック出口水温検出値は、コントローラ２０に入力される。 The inlet water temperature sensor 81 detects the temperature of the cooling water flowing into the fuel cell stack 10. The outlet water temperature sensor 82 detects the temperature of the cooling water discharged from the fuel cell stack 10. The stack inlet water temperature detection value detected by the inlet water temperature sensor 81 and the stack outlet water temperature detection value detected by the outlet water temperature sensor 82 are input to the controller 20.

さらに、上述のように、冷却水循環流路７６には、アフタークーラ２８が接続されている。これにより、既に述べたように、冷却水循環流路７６内の冷却水とカソードガス供給通路２２内における燃料電池スタック１０へ供給される空気との間で熱交換を行うことが可能である。したがって、例えば、燃料電池スタック１０の暖機時等の熱量が要求される場合において、コンプレッサ５０から吐出された高温の空気の熱により冷却水循環流路７６内の冷却水を加熱することができ、熱量要求を満たすことができる。一方で、アフタークーラ２８は、コンプレッサ５０から吐出された高温の空気を冷却するので、空気が燃料電池スタック１０の作動に好適な温度となって当該燃料電池スタック１０に供給されることとなる。アフタークーラ２８で交換された熱は冷却水を介してラジエータ７７に運ばれ、システム外部に放熱される。 Further, as described above, the aftercooler 28 is connected to the cooling water circulation flow path 76. As a result, as described above, it is possible to perform heat exchange between the cooling water in the cooling water circulation passage 76 and the air supplied to the fuel cell stack 10 in the cathode gas supply passage 22. Therefore, for example, in the case where a heat amount such as when the fuel cell stack 10 is warmed up is required, the cooling water in the cooling water circulation flow path 76 can be heated by the heat of the high temperature air discharged from the compressor 50, It can meet the heat requirement. On the other hand, since the aftercooler 28 cools the high temperature air discharged from the compressor 50, the temperature of the air becomes a temperature suitable for the operation of the fuel cell stack 10, and the air is supplied to the fuel cell stack 10. The heat exchanged by the aftercooler 28 is carried to the radiator 77 via the cooling water and radiated to the outside of the system.

さらに、上述のように構成される燃料電池システム１００は、当該システムを統括的に制御するコントローラ２０を有している。 Further, the fuel cell system 100 configured as described above includes the controller 20 that controls the system as a whole.

コントローラ２０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。 The controller 20 is composed of a microcomputer including a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), and an input/output interface (I/O interface).

コントローラ２０には、燃料電池システム１００の各種センサからの信号の他、大気の圧力を検出する大気圧センサ１１１などの燃料電池システム１００の作動状態を検出する各種センサからの信号や、燃料電池システム１００の始動停止要求を検出する始動スイッチ１１２からの信号が入力される。 The controller 20 includes signals from various sensors of the fuel cell system 100, signals from various sensors such as an atmospheric pressure sensor 111 for detecting atmospheric pressure, which detect the operating state of the fuel cell system 100, and signals from the fuel cell system. A signal from a start switch 112 that detects a start/stop request of 100 is input.

さらに、コントローラ２０には、燃料電池スタック１０に接続された負荷装置１１０による負荷に応じて燃料電池スタック１０に要求される要求電力（以下では、単に「要求発電電力」とも記載する）に関する発電要求信号が入力される。負荷装置１１０は、例えば、車輪駆動用のモータや二次電池などによって構成される。本実施形態では、例えば、図示されていないアクセルペダルセンサで検出されるアクセルペダルの踏込み量を示す検出信号が大きくなるほど、負荷装置１１０の要求電力は大きくなるため、コントローラ２０に入力される発電要求信号の信号レベルは高くなる。 Further, the controller 20 generates a power generation request regarding the required power (hereinafter, also simply referred to as “required generated power”) required of the fuel cell stack 10 according to the load of the load device 110 connected to the fuel cell stack 10. A signal is input. The load device 110 is configured by, for example, a motor for driving wheels, a secondary battery, or the like. In the present embodiment, for example, the larger the detection signal indicating the depression amount of the accelerator pedal detected by the accelerator pedal sensor (not shown), the larger the power demand of the load device 110 becomes, and therefore the power generation request input to the controller 20. The signal level of the signal becomes high.

コントローラ２０は、これら入力信号等を用いて、コンプレッサ駆動モータ５４、冷却水循環ポンプ７８、及びバイパス弁３２を含む各種弁３２、６６、６８、８０等の駆動制御を行う。例えば、コントローラ２０は、負荷装置１１０の発電要求信号に基づいて、コンプレッサ流量や空気圧力の目標値や、燃料電池スタック１０への水素供給圧力の目標値を算出し、その算出結果に応じて、コンプレッサ駆動モータ５４のトルク（動力）や、アノードガス供給弁６６の開度を制御する。 The controller 20 uses these input signals and the like to control the drive of the compressor drive motor 54, the cooling water circulation pump 78, and the various valves 32, 66, 68, 80 including the bypass valve 32. For example, the controller 20 calculates the target value of the compressor flow rate and the air pressure and the target value of the hydrogen supply pressure to the fuel cell stack 10 based on the power generation request signal of the load device 110, and according to the calculation result, The torque (power) of the compressor drive motor 54 and the opening degree of the anode gas supply valve 66 are controlled.

また、本実施形態では、コントローラ２０は、上記要求発電電力の一部として、コンプレッサ駆動モータ５４の消費電力に関連する情報も取得する。 Further, in the present embodiment, the controller 20 also acquires information related to the power consumption of the compressor drive motor 54, as a part of the required generated power.

次に、本実施形態における燃料電池システム１００の制御について説明する。 Next, control of the fuel cell system 100 in this embodiment will be described.

図２は、本実施形態に係る燃料電池システム１００を停止するための処理の概要を説明するためのタイミングチャートである。 FIG. 2 is a timing chart for explaining the outline of the process for stopping the fuel cell system 100 according to the present embodiment.

コントローラ２０は、始動スイッチ１１２がオフにされると、すぐにシステム停止せずに、スタック乾燥運転と、燃焼器乾燥運転と、停止ＶＬＣ（Voltage Limit Control）処理を順番に行う。 When the start switch 112 is turned off, the controller 20 does not immediately stop the system but sequentially performs stack drying operation, combustor drying operation, and stop VLC (Voltage Limit Control) processing.

スタック乾燥運転は、燃料電池スタック１０の含水量を低下させるための運転である。例えば、コントローラ２０は燃料電池スタック１０の目標ＨＦＲ（High frequency Resistance）を通常運転用の設定値よりも高い停止用設定値に切り替え、この停止用設定値に到達するまで燃料電池スタック１０へのカソードガス供給流量を増大させる。ここで、燃料電池スタック１０の乾燥状態を判断するためにＨＦＲを用いるのは、燃料電池スタック１０の電解質膜が乾燥しているほどＨＦＲが大きくなるという相関関係があるからである。 The stack drying operation is an operation for reducing the water content of the fuel cell stack 10. For example, the controller 20 switches the target HFR (High frequency Resistance) of the fuel cell stack 10 to a stop set value higher than the set value for normal operation, and the cathode to the fuel cell stack 10 is reached until this set value for stop is reached. Increase the gas supply flow rate. Here, the HFR is used to determine the dry state of the fuel cell stack 10 because there is a correlation that the HFR increases as the electrolyte membrane of the fuel cell stack 10 dries.

なお、始動スイッチ１１２がオフになったときに燃料電池スタック１０の内部インピーダンスが停止用設定値に達している場合、つまり燃料電池スタック１０が乾燥している場合には、コントローラ２０はスタック乾燥運転を実行しない。 If the internal impedance of the fuel cell stack 10 reaches the set value for stop when the start switch 112 is turned off, that is, if the fuel cell stack 10 is dry, the controller 20 causes the stack drying operation. Do not run.

燃焼器乾燥運転は、触媒燃焼器３６の含水量を低下させるための運転であり、コンプレッサ５０を作動させることにより、触媒燃焼器３６内の水分を除去する（以下、「水分除去処理」ともいう）ものである。燃焼器乾燥運転の具体的な制御内容については後述する。 The combustor drying operation is an operation for lowering the water content of the catalytic combustor 36, and the water in the catalytic combustor 36 is removed by operating the compressor 50 (hereinafter, also referred to as “water removal processing”). ). The specific control contents of the combustor drying operation will be described later.

停止ＶＬＣ処理は、カソードガスの供給を停止した後に、アノードガスのみを供給して発電を実施することで、燃料電池スタック１０内のカソードガスを消費し、スタック出力電圧を制限電圧まで低下させる処理である。当該処理により、スタック出力電圧が高い状態のまま燃料電池システム１００が停止されたことによって生じる燃料電池の触媒の劣化を抑制できる。 The stop VLC process is a process in which the cathode gas in the fuel cell stack 10 is consumed and the stack output voltage is reduced to the limit voltage by supplying only the anode gas and generating power after stopping the supply of the cathode gas. Is. By this process, it is possible to suppress the deterioration of the catalyst of the fuel cell caused by the fuel cell system 100 being stopped while the stack output voltage remains high.

図２においては、タイミングＴ１において始動スイッチ（図中のＩＧＮ）１１２がオンからオフになり、コントローラ２０はスタック乾燥運転のために電流を低下させ、カソードガス供給流量（図中の「スタック空気流量」）を増大させる。これにより、燃料電池スタック１０のＨＦＲは徐々に増大する。ＨＦＲが増大するということは、燃料電池スタック１０内の含水量が低下することを意味する。 In FIG. 2, at timing T1, the start switch (IGN in the figure) 112 is switched from on to off, the controller 20 reduces the current for the stack drying operation, and the cathode gas supply flow rate (“stack air flow rate in the figure” )) is increased. As a result, the HFR of the fuel cell stack 10 gradually increases. The increase in HFR means that the water content in the fuel cell stack 10 decreases.

そして、タイミングＴ２においてＨＦＲが目標値に達すると、つまり燃料電池スタック１０が乾燥すると、コントローラ２０はカソードガス供給流量を減少させ、かつ、触媒燃焼器３６へのアノードガス供給量を増大させて、燃焼器乾燥運転を開始する。これにより触媒燃焼器３６において発熱反応が生じるので、触媒燃焼器３６の温度が上昇し、水分が除去される。 When the HFR reaches the target value at the timing T2, that is, when the fuel cell stack 10 is dried, the controller 20 decreases the cathode gas supply flow rate and increases the anode gas supply amount to the catalytic combustor 36, Start the combustor drying operation. As a result, an exothermic reaction occurs in the catalytic combustor 36, so that the temperature of the catalytic combustor 36 rises and water is removed.

タイミングＴ３において触媒燃焼器３６が乾燥したと判断されると、コントローラ２０は燃焼器乾燥運転を終了して、停止ＶＬＣ処理を開始する。そして、停止ＶＬＣ処理が終了するタイミングＴ４において、燃料電池システム１００を停止する。触媒燃焼器３６が乾燥したか否かの判断の詳細については後述する。 When it is determined that the catalyst combustor 36 has dried at the timing T3, the controller 20 ends the combustor drying operation and starts the stop VLC process. Then, at timing T4 when the stop VLC process ends, the fuel cell system 100 is stopped. Details of the determination as to whether the catalyst combustor 36 has dried will be described later.

上記のように、本実施形態では、システムを停止する際に燃焼器乾燥運転を実行する。これにより、起動時に燃焼器を乾燥させる必要がなくなるので、起動時間を短縮することができる。 As described above, in this embodiment, the combustor drying operation is executed when the system is stopped. As a result, it is not necessary to dry the combustor at the time of startup, so the startup time can be shortened.

また、コントローラ２０は燃料電池スタック１０へのカソードガス供給を停止するための停止ＶＬＣ処理の開始前であって、スタック乾燥運転の終了後に、燃焼器乾燥運転を実行する。 Further, the controller 20 executes the combustor drying operation before the stop VLC process for stopping the cathode gas supply to the fuel cell stack 10 is started and after the stack drying operation is completed.

燃焼器乾燥運転を停止ＶＬＣ処理の開始前に実行するということは、燃焼器乾燥運転が終了したら停止ＶＬＣ処理のために燃料電池スタック１０へのカソードガス供給が停止される。このため、燃料電池スタック１０から触媒燃焼器３６へ液水が流入することがなくなり、次回起動時まで触媒燃焼器３６の乾燥状態を維持できる。 The execution of the combustor drying operation before the start of the stopped VLC processing means that the cathode gas supply to the fuel cell stack 10 is stopped for the stopped VLC processing after the completion of the combustor drying operation. Therefore, liquid water does not flow from the fuel cell stack 10 into the catalytic combustor 36, and the dry state of the catalytic combustor 36 can be maintained until the next startup.

また、停止ＶＬＣ処理が完了した後に触媒燃焼運転を実行しないので、停止ＶＬＣ処理終了後における燃料電池スタック１０への酸素流入量を抑制し、アノードへの酸素の流入を防止できる。これにより、触媒燃焼器３６の乾燥状態を維持しつつ停止ＶＬＣ処理の効果を得ることができる。 Further, since the catalytic combustion operation is not executed after the stop VLC process is completed, it is possible to suppress the amount of oxygen inflow into the fuel cell stack 10 after the stop VLC process is completed and prevent the inflow of oxygen into the anode. As a result, the effect of the stop VLC process can be obtained while maintaining the dry state of the catalytic combustor 36.

さらに、燃焼器乾燥運転をスタック乾燥運転が終了した後に実行することにより、燃料電池スタック１０の排液がスタック乾燥運転中に触媒燃焼器３６に流入することを抑制できる。 Furthermore, by executing the combustor drying operation after the stack drying operation is completed, it is possible to suppress the drainage of the fuel cell stack 10 from flowing into the catalytic combustor 36 during the stack drying operation.

図３は、上述した始動スイッチオフからシステム停止までの制御ルーチンを示すフローチャートである。当該制御ルーチンはコントローラ２０により実行される。以下、ステップにしたがって説明する。 FIG. 3 is a flowchart showing a control routine from the start switch OFF to the system stop described above. The control routine is executed by the controller 20. The steps will be described below.

ステップＳ１００で、コントローラ２０は始動スイッチ１１２がオフか否かを判定する。オンの場合はそのまま本ルーチンを終了し、オフの場合はステップＳ１２０の処理を実行する。 In step S100, the controller 20 determines whether the start switch 112 is off. If it is on, this routine is ended as it is, and if it is off, the process of step S120 is executed.

ステップＳ１１０で、コントローラ２０は停止ＶＬＣ処理の開始前か否かを判定し、開始前であればステップＳ１２０の処理を実行し、そうでない場合は本ルーチンを終了する。 In step S110, the controller 20 determines whether or not the stop VLC processing has not been started. If it is not started, the processing of step S120 is executed, and if not, the present routine is ended.

ステップＳ１２０で、コントローラ２０は燃料電池スタック１０が過湿潤であるか否かを判定する。燃料電池スタック１０の湿潤度は、上述したようにＨＦＲに基づいて判定する。システム停止時の目標湿潤度及びこれに対応するＨＦＲ（目標停止時ＨＦＲ）を予め設定しておき、ＨＦＲが目標停止時ＨＦＲより大きい場合は燃料電池スタック１０が乾燥していると判断して後述するステップＳ１５０の処理を実行する。ＨＦＲが目標ＨＦＲ以下の場合には、コントローラ２０はそのまま本ルーチンを終了する。 In step S120, the controller 20 determines whether the fuel cell stack 10 is overwetted. The wetness of the fuel cell stack 10 is determined based on the HFR as described above. A target wetness when the system is stopped and an HFR corresponding thereto (target stop HFR) are set in advance, and when the HFR is larger than the target stop HFR, it is determined that the fuel cell stack 10 is dry, and will be described later. The process of step S150 is executed. If the HFR is less than or equal to the target HFR, the controller 20 ends this routine as it is.

ステップＳ１３０で、コントローラ２０はスタック乾燥運転を実行する。 In step S130, the controller 20 executes the stack drying operation.

ステップＳ１４０で、コントローラ２０は燃料電池スタック１０の過湿潤が解消したか否かをＨＦＲに基づいて判定する。コントローラ２０は過湿潤が解消するまでステップＳ１３０及びステップＳ１４０を繰り返す。 In step S140, the controller 20 determines based on the HFR whether overwetting of the fuel cell stack 10 has been resolved. The controller 20 repeats step S130 and step S140 until the overwetting is resolved.

燃料電池スタック１０の過湿潤が解消したら、コントローラ２０はステップＳ１５０で触媒燃焼器３６が乾燥不足か否かを判定する。当該判定は、例えば燃料電池スタック１０のＨＦＲを用いて行う。本実施形態のシステムでは、燃料電池スタック１０からの排液が触媒燃焼器３６に流入するので、燃料電池スタック１０の湿潤度（ＨＦＲ）と触媒燃焼器３６の乾燥状態とに相関がある。そこで、燃料電池スタック１０のＨＦＲと触媒燃焼器３６の乾燥状態との関係に基づいて、触媒燃焼器３６が乾燥不足か否かの判定に用いるＨＦＲの閾値を予め設定しておく。触媒燃焼器３６が乾燥不足か否かの判定に用いるＨＦＲの閾値は、基本的には燃料電池スタック１０が過湿潤か否かの判定に用いるＨＦＲの閾値（目標停止時ＨＦＲ）と異なるものであるが、システムの仕様によっては同じ値になる場合もある。 When the overwetting of the fuel cell stack 10 is resolved, the controller 20 determines whether the catalyst combustor 36 is insufficiently dried in step S150. The determination is performed using, for example, the HFR of the fuel cell stack 10. In the system of the present embodiment, since the drainage liquid from the fuel cell stack 10 flows into the catalytic combustor 36, there is a correlation between the wetness (HFR) of the fuel cell stack 10 and the dry state of the catalytic combustor 36. Therefore, based on the relationship between the HFR of the fuel cell stack 10 and the dry state of the catalytic combustor 36, the threshold value of the HFR used for determining whether the catalytic combustor 36 is insufficiently dried is set in advance. The HFR threshold value used to determine whether the catalyst combustor 36 is insufficiently dried is basically different from the HFR threshold value (target stop HFR) used to determine whether the fuel cell stack 10 is overwetted. However, the same value may be obtained depending on the system specifications.

なお、触媒燃焼器３６が乾燥不足か否かの判定は、次に例示する方法で行ってもよい。 The determination as to whether or not the catalyst combustor 36 is insufficiently dried may be performed by the method illustrated below.

（例１）燃焼器乾燥運転の開始からの経過時間に基づく判定
この場合、燃焼器乾燥運転の開始から、所定時間が経過したら触媒燃焼器３６は乾燥したと判定する。所定時間は、事前に実験等により乾燥度合と乾燥時間との関係を取得し、その関係に基づいて設定する。 (Example 1) Determination Based on Elapsed Time from Start of Combustor Drying Operation In this case, it is determined that the catalytic combustor 36 has dried after a predetermined time has elapsed from the start of combustor drying operation. The predetermined time is set based on the relationship between the degree of dryness and the drying time obtained in advance by experiments and the like.

（例２）触媒燃焼器３６の出口における湿度（以下、単に「出口湿度」ともいう）または露点に基づく判定
この場合、触媒燃焼器３６の出口湿度または露点が閾値より小さいときに触媒燃焼器３６は乾燥していると判定する。閾値は、事前に実験等により、触媒燃焼器３６が乾燥した状態（燃焼限界状態）における出口湿度または露点を取得し、それを閾値として設定する。 (Example 2) Judgment based on humidity at the outlet of the catalytic combustor 36 (hereinafter, also simply referred to as "exit humidity") or dew point In this case, when the outlet humidity or dew point of the catalytic combustor 36 is smaller than a threshold value, the catalytic combustor 36 Is determined to be dry. As the threshold value, an outlet humidity or a dew point in a dry state (combustion limit state) of the catalytic combustor 36 is acquired in advance by an experiment or the like, and the threshold value is set as the threshold value.

（例３）触媒燃焼器３６の圧力損失に基づく判定
この場合、触媒燃焼器３６の上下流の圧力差から算出した圧力損失が閾値より小さいときに触媒燃焼器３６は乾燥していると判定する。カソードガス流量毎に水含有率を振って、燃焼限界状態における圧力損失を取得し、これを閾値として設定する。 (Example 3) Determination based on pressure loss of the catalytic combustor 36 In this case, it is determined that the catalytic combustor 36 is dry when the pressure loss calculated from the pressure difference between the upstream and downstream of the catalytic combustor 36 is smaller than the threshold value. .. The water content rate is changed for each cathode gas flow rate to acquire the pressure loss in the combustion limit state, and this is set as the threshold value.

（例４）触媒燃焼器３６の温度に基づく判定
この場合、触媒燃焼器３６の温度（触媒燃焼器温度）が閾値より低いときに触媒燃焼器３６は乾燥していると判定する。すなわち、触媒燃焼器３６内の水分が気化するときの気化潜熱による冷却度合に基づいて、触媒燃焼器３６が乾燥しているか否かを判定する。 (Example 4) Determination Based on Temperature of Catalyst Combustor 36 In this case, it is determined that the catalyst combustor 36 is dry when the temperature of the catalyst combustor 36 (catalyst combustor temperature) is lower than the threshold value. That is, it is determined whether or not the catalytic combustor 36 is dry based on the degree of cooling due to the latent heat of vaporization when the water in the catalytic combustor 36 vaporizes.

触媒燃焼器温度は、触媒燃焼器３６の内部の温度を検出してもよいし、触媒燃焼器３６の出口における流路内のガス温度を検出し、これに基づいて推定してもよい。触媒燃焼器３６に流入する水素量または水素濃度に基づいて、全ての水素が反応したときの温度を予測し、その温度を閾値として設定する。なお、上記温度を実験的に求めてもよい。 As the catalyst combustor temperature, the temperature inside the catalyst combustor 36 may be detected, or the gas temperature in the flow path at the outlet of the catalyst combustor 36 may be detected and estimated based on this. Based on the amount or concentration of hydrogen flowing into the catalytic combustor 36, the temperature at which all hydrogen has reacted is predicted, and that temperature is set as a threshold. The above temperature may be experimentally obtained.

フローチャートの説明に戻る。 Return to the description of the flowchart.

コントローラ２０は、触媒燃焼器３６が乾燥不足であると判定したらステップＳ１６０で燃焼器乾燥運転を実行し、乾燥不足ではないと判定したら本ルーチンを終了する。 If the controller 20 determines that the catalyst combustor 36 is insufficiently dried, the controller 20 executes the combustor drying operation in step S160, and if it is determined that the catalyst combustor 36 is not insufficiently dried, this routine ends.

ステップＳ１７０で、コントローラ２０は燃料電池スタック１０からの液水排出の有無を判定する。液水の排出が有ると判定した場合はステップＳ１３０に戻ってスタック乾燥運転を実行し、液水の排出が無いと判定した場合はステップＳ１８０の処理を実行する。 In step S170, the controller 20 determines whether liquid water is discharged from the fuel cell stack 10. When it is determined that the liquid water is discharged, the process returns to step S130 to execute the stack drying operation, and when it is determined that the liquid water is not discharged, the process of step S180 is executed.

燃料電池スタック１０からの液水排出の有無は、例えば、カソード排ガス通路２４に気液分離タンクを設置し、気液分離タンク内の液水の量をレベルセンサによりモニタし、レベルの上昇速度がほぼゼロになったら液水の排出が無いと判定する。レベルセンサに代えてレベルスイッチを用いることもできる。この場合、レベルスイッチのカウント回数がほぼゼロに近づいたら液水の排出が無いと判定する。 Whether liquid water is discharged from the fuel cell stack 10 is determined by, for example, installing a gas-liquid separation tank in the cathode exhaust gas passage 24 and monitoring the amount of liquid water in the gas-liquid separation tank with a level sensor. When it becomes almost zero, it is judged that the liquid water is not discharged. A level switch may be used instead of the level sensor. In this case, it is determined that the liquid water is not discharged when the number of counts of the level switch approaches zero.

なお、液水の排出が有るか否かの判定は、レベルセンサまたはレベルスイッチを用いる他に、次に例示する方法で行ってもよい。 It should be noted that the determination as to whether or not the liquid water is discharged may be performed by the method illustrated below in addition to using the level sensor or the level switch.

（例１）スタック乾燥運転時間に基づく判定
この場合、スタック乾燥運転時間の開始から所定時間が経過したら液水の排出はないと判定する。スタック乾燥運転を実行する際の運転条件における燃料電池スタック１０の乾燥に要する時間（乾燥時間）と、液水の排出量との関係を実験等により取得し、その関係に基づいて所定時間を設定する。 (Example 1) Determination based on stack drying operation time In this case, it is determined that liquid water is not discharged after a predetermined time has elapsed from the start of the stack drying operation time. The relationship between the time required for drying the fuel cell stack 10 (drying time) under the operating conditions when executing the stack drying operation and the discharge amount of the liquid water is acquired by experiments and the predetermined time is set based on the relationship. To do.

（例２）燃料電池スタックの水収支に基づく判定
水収支とは、燃料電池スタック１０に投入した水分量と生成水量との和から、燃料電池スタック１０から排出される水分量を減じた量である。水収支は実測してもよいし、演算により推定してもよい。 (Example 2) Judgment based on water balance of fuel cell stack The water balance is an amount obtained by subtracting the amount of water discharged from the fuel cell stack 10 from the sum of the amount of water supplied to the fuel cell stack 10 and the amount of generated water. is there. The water balance may be measured or estimated by calculation.

この場合、水収支が閾値より小さいときに液水の排出はないと判定する。水収支と液水の排出量との関係を実験等により取得し、その関係に基づいて閾値を設定する。 In this case, it is determined that the liquid water is not discharged when the water balance is smaller than the threshold value. The relationship between the water balance and the discharge amount of liquid water is acquired by experiments, etc., and the threshold value is set based on the relationship.

（例３）燃料電池スタック１０の湿潤度に基づく判定
この場合、湿潤度と相関のあるＨＦＲを用い、ＨＦＲが閾値より大きいときに液水の排出はないと判定する。ＨＦＲと液水の排出量との関係を実験等により取得し、その関係に基づいて閾値を設定する。 (Example 3) Determination Based on Wetness of Fuel Cell Stack 10 In this case, HFR having a correlation with wetness is used, and when HFR is larger than a threshold value, it is determined that liquid water is not discharged. The relationship between the HFR and the discharge amount of liquid water is acquired by an experiment or the like, and the threshold value is set based on the relationship.

（例４）湿度センサまたは露点センサの検出値に基づく判定
この場合、アノードまたはカソードの出口に湿度センサまたは露点センサを設け、湿度が閾値より低いとき、または露点が閾値より低いときに液水の排出が無いと判定する。湿度または露点と液水の排出量との関係を実験等により取得し、その関係に基づいてそれぞれの閾値を設定する。 (Example 4) Judgment based on detection value of humidity sensor or dew point sensor In this case, a humidity sensor or dew point sensor is provided at the outlet of the anode or cathode, and when the humidity is lower than the threshold value or the dew point is lower than the threshold value, It is determined that there is no discharge. The relationship between the humidity or dew point and the discharge amount of liquid water is acquired by experiments, etc., and the respective threshold values are set based on the relationship.

（例５）カソード出口温度または冷却水温度に基づく判定
この場合、カソード出口のガス温度を検出する温度センサ、または燃料電池スタック１０の冷却に用いる冷却水の温度を検出する冷却水温度センサを設けて、カソード出口のガス温度が閾値より高いとき、または冷却水温度が閾値より高いときに、液水の排出が無いと判定する。カソード出口のガス温度または冷却水温度と液水の排出量との関係を実験等により取得し、その関係に基づいてそれぞれの閾値を設定する。 (Example 5) Determination based on cathode outlet temperature or cooling water temperature In this case, a temperature sensor for detecting the gas temperature at the cathode outlet or a cooling water temperature sensor for detecting the temperature of cooling water used for cooling the fuel cell stack 10 is provided. Then, when the gas temperature at the cathode outlet is higher than the threshold value or the cooling water temperature is higher than the threshold value, it is determined that the liquid water is not discharged. The relationship between the gas temperature or the cooling water temperature at the cathode outlet and the discharge amount of the liquid water is acquired by an experiment or the like, and each threshold value is set based on the relationship.

（例６）光学センサを用いた判定
カソード出口に光の透過率を測定するセンサを設け、光の透過率が閾値より大きいときに液水の排出が無いと判定する。これは、液水が通過すると光の透過率が低下するという特性を利用した判定である。液水の排出量と光の透過率の変化との関係を実験等により取得し、その関係に基づいて閾値を設定する。 (Example 6) Determination using optical sensor A sensor for measuring light transmittance is provided at the cathode outlet, and it is determined that liquid water is not discharged when the light transmittance is larger than a threshold value. This is a determination that utilizes the characteristic that the transmittance of light decreases when liquid water passes. The relationship between the discharge amount of the liquid water and the change in the light transmittance is acquired by an experiment or the like, and the threshold value is set based on the relationship.

（例７）カソードの圧力損失に基づく判定
カソードの上下流の圧力差から圧力損失を算出し、圧力損失が閾値より小さいときに液水の排出が無いと判定する。これは、液水が排出されている場合には流路が液水で占められる分、液水が無い場合に比べて通気抵抗が大きくなるという特性を利用した判定である。この場合、液水の有無による通気抵抗の差を閾値として設定する。 (Example 7) Determination Based on Pressure Loss of Cathode The pressure loss is calculated from the pressure difference between the upstream and downstream of the cathode, and when the pressure loss is smaller than the threshold value, it is determined that the liquid water is not discharged. This is a determination using the characteristic that when the liquid water is discharged, the flow path is occupied by the liquid water, so that the ventilation resistance is larger than that when there is no liquid water. In this case, the difference in ventilation resistance due to the presence or absence of liquid water is set as the threshold value.

（例８）スタック電流に基づく判定
スタック電流を検出し、スタック電流が閾値より小さいときに液水の排出が無いと判定する。これは、電流が小さいほど生成水が少なくなるので、必然的に液水の排出量も少なくなるという特定を利用した判定である。スタック電流と生成水量との関係を実験等により取得し、その関係に基づいて閾値を設定する。 (Example 8) Judgment based on stack current A stack current is detected, and when the stack current is smaller than a threshold value, it is judged that liquid water is not discharged. This is a determination that uses the specification that the smaller the current, the less water is produced, so that the discharge amount of liquid water is inevitably reduced. The relationship between the stack current and the amount of generated water is acquired by experiments and the threshold value is set based on the relationship.

（例９）スタック電圧に基づく判定
スタック電圧を検出し、スタック電圧が閾値より大きいときに液水の排出が無いと判定する。これはスタック電圧が高いほどスタック電流は小さくなるという特性を利用した判定であり、例８と同様の原理に基づくものである。 (Example 9) Judgment based on stack voltage The stack voltage is detected, and when the stack voltage is higher than the threshold value, it is judged that liquid water is not discharged. This is a determination utilizing the characteristic that the stack current becomes smaller as the stack voltage becomes higher, and is based on the same principle as in Example 8.

フローチャートの説明に戻る。 Return to the description of the flowchart.

ステップＳ１８０で、コントローラ２０は触媒燃焼器３６が乾燥状態になった否かを判定する。当該判定はステップＳ１５０と同様に燃料電池スタック１０のＨＦＲに基づいて行う。コントローラ２０は、触媒燃焼器３６が乾燥状態の場合にはステップＳ１９０で燃焼器乾燥運転を終了し、乾燥状態出ない場合にはステップＳ１７０の処理に戻る。 In step S180, the controller 20 determines whether the catalytic combustor 36 has become dry. The determination is made based on the HFR of the fuel cell stack 10 as in step S150. The controller 20 ends the combustor drying operation in step S190 when the catalyst combustor 36 is in the dry state, and returns to the process in step S170 when the dry state is not obtained.

コントローラ２０は、ステップＳ２００でカソードへの空気供給を停止し、ステップＳ２１０で停止ＶＬＣ処理を実行する。 The controller 20 stops the air supply to the cathode in step S200, and executes the stop VLC process in step S210.

次に、上述した制御ルーチンを実行することによる効果について説明する。 Next, the effect of executing the control routine described above will be described.

図４は、燃焼器乾燥運転をシステムの再起動時ではなくシステム停止用の処理中であって、スタック乾燥運転の終了後に実行することによる効果を説明するためのタイミングチャートである。 FIG. 4 is a timing chart for explaining the effect of performing the combustor drying operation during the system stop process, not when the system is restarted, and after the stack drying operation is completed.

タイミングＴ１で始動スイッチがオフになり、スタック乾燥運転を開始すると、燃料電池スタック１０からの液水の排出量（以下、「スタック排液水量」ともいう）は、カソードガス供給量が増大した直後に増大した後、減少に転じる。燃料電池スタック１０から排出された液水は触媒燃焼器３６に流入するので、触媒燃焼器３６の液水含有量（図中の「燃焼器液水含有量」）はスタック排液水量と同様の挙動を示す。 When the start switch is turned off at timing T1 and the stack drying operation is started, the discharge amount of liquid water from the fuel cell stack 10 (hereinafter, also referred to as “stack discharge liquid amount”) is immediately after the cathode gas supply amount is increased. After increasing to, it starts to decrease. Since the liquid water discharged from the fuel cell stack 10 flows into the catalytic combustor 36, the liquid water content of the catalytic combustor 36 (“combustor liquid water content” in the figure) is the same as the stack liquid discharge amount. Shows the behavior.

タイミングＴ２において、スタック排液水量がなくなると、つまり燃料電池スタック１０が乾燥すると、燃焼器乾燥運転が開始される。これにより、燃焼器乾燥運転開始時に触媒燃焼器３６に残っていた液水が除去されるので、燃焼器液水含有量が減少する。 At timing T2, when the stack drainage water amount is exhausted, that is, when the fuel cell stack 10 is dried, the combustor drying operation is started. As a result, the liquid water remaining in the catalytic combustor 36 at the start of the combustor drying operation is removed, so the combustor liquid water content is reduced.

そして、触媒燃焼器３６内の水分が除去されたタイミングＴ３において、停止ＶＬＣ処理が開始される。 Then, at the timing T3 when the water content in the catalytic combustor 36 is removed, the stop VLC process is started.

このように、燃料電池スタック１０を乾燥させてから触媒燃焼器３６を乾燥させることにより、触媒燃焼器３６が乾燥した後に燃料電池スタック１０の液水が触媒燃焼器３６に流入することがなくなる。すなわち、触媒燃焼器３６の触媒への、液水の再付着を抑制できる。その結果、起動時まで触媒を乾燥状態に維持することができるので、起動性が向上する。この効果は、特に零度以下での起動時に顕著である。 Thus, by drying the fuel cell stack 10 and then the catalyst combustor 36, liquid water of the fuel cell stack 10 does not flow into the catalyst combustor 36 after the catalyst combustor 36 is dried. That is, reattachment of liquid water to the catalyst of the catalytic combustor 36 can be suppressed. As a result, the catalyst can be kept in a dry state until the time of starting, so that the starting performance is improved. This effect is particularly noticeable when the engine is started up below zero.

図５は、燃焼器乾燥運転を停止ＶＬＣ処理の開始前に実行する効果について説明するためのタイミングチャートである。図５は図４のタイミングチャートに、カソード平均酸素濃度のチャートを追加したものである。 FIG. 5 is a timing chart for explaining the effect of executing the combustor drying operation before starting the stopped VLC process. FIG. 5 is a timing chart of FIG. 4 with a chart of cathode average oxygen concentration added.

燃焼器乾燥運転中は上述した通りカソードガス供給量が増加するので、カソード平均酸素濃度が高くなる。しかし、本実施形態では、燃焼器乾燥運転の終了後に停止ＶＬＣ処理を実行することにより、カソード内の酸素が消費される。すなわち、燃料電池スタック１０内の酸素濃度を下げた状態でシステムを停止することとなる。その結果、いわゆる水素ＯＮ域が狭まることによる燃料電池スタック１０の劣化を抑制できる。 Since the cathode gas supply amount increases as described above during the combustor drying operation, the cathode average oxygen concentration increases. However, in the present embodiment, oxygen in the cathode is consumed by executing the stop VLC process after the end of the combustor drying operation. That is, the system is stopped with the oxygen concentration in the fuel cell stack 10 lowered. As a result, the deterioration of the fuel cell stack 10 due to the narrowing of the so-called hydrogen ON region can be suppressed.

ここで、水素ＯＮ域が狭まることによる燃料電池スタック１０の劣化についてより詳細に説明する。図６は水素ＯＮ域について説明するためのタイミングチャートである。タイミングＴ１までが燃料電池システム１００を運転している領域（システム運転域）、それ以降が、燃料電池システム１００が停止して何ら制御されていない領域（放置域）である。 Here, the deterioration of the fuel cell stack 10 due to the narrowed hydrogen ON region will be described in more detail. FIG. 6 is a timing chart for explaining the hydrogen ON region. The region up to the timing T1 is the region in which the fuel cell system 100 is operating (system operating region), and the region thereafter is the region in which the fuel cell system 100 is stopped and is not controlled at all (leaving region).

タイミングＴ１で燃料電池システム１００が停止されてシステム運転域から放置域に切り替わると、アノードの水素濃度が急激に低下し、カソードの水素濃度が急激に増大する。これは、システム停止直後はアノードとカソードとの水素濃度の差が大きく、アノードからカソードへの水素の透過が促進されるためである。 When the fuel cell system 100 is stopped at timing T1 and the system operation area is switched to the abandonment area, the hydrogen concentration of the anode sharply decreases and the hydrogen concentration of the cathode sharply increases. This is because the difference in hydrogen concentration between the anode and the cathode is large immediately after the system is stopped, and the permeation of hydrogen from the anode to the cathode is promoted.

この水素濃度差による透過が収まった後（タイミングＴ２以降）、カソードの水素濃度は低下に転じる。これは、カソードに流入した水素がカソード内の酸素と触媒上で反応することによって消費されるためである。カソード内には入口配管及び出口配管から拡散によって空気（酸素）が流入するが、上述した触媒上での反応によって酸素が消費されるため、酸素濃度はほぼ０％に維持される。 After the permeation due to this difference in hydrogen concentration has subsided (after timing T2), the hydrogen concentration of the cathode starts to decrease. This is because hydrogen flowing into the cathode is consumed by reacting with oxygen in the cathode on the catalyst. Air (oxygen) flows into the cathode from the inlet pipe and the outlet pipe by diffusion, but oxygen is consumed by the above-mentioned reaction on the catalyst, so that the oxygen concentration is maintained at approximately 0%.

一方、タイミングＴ２以降もアノードの水素濃度は低下し続ける。これは、カソードで上述した通り水素が消費されることで、アノードとカソードとで水素濃度差が生じ、アノードからカソードへ水素が透過するためである。 On the other hand, the hydrogen concentration of the anode continues to decrease even after the timing T2. This is because the hydrogen consumption at the cathode causes the hydrogen concentration difference between the anode and the cathode and the hydrogen permeates from the anode to the cathode.

タイミングＴ３以降は、アノード及びカソードで酸素濃度が増大する。カソードの酸素濃度が増大するのは、空気の流入速度がアノードからの水素の透過速度より大きくなることによって酸素が触媒上で消費しきれなくなるためである。アノードの酸素濃度が増大するのは、カソードでの酸素濃度の増大によってアノードとカソードとで酸素濃度の差が生じ、カソードから酸素が透過するためである。 After the timing T3, the oxygen concentration increases at the anode and the cathode. The reason why the oxygen concentration in the cathode increases is that the inflow rate of air becomes higher than the permeation rate of hydrogen from the anode, so that oxygen cannot be completely consumed on the catalyst. The reason why the oxygen concentration in the anode increases is that the oxygen concentration in the cathode increases due to the difference in oxygen concentration between the anode and the cathode due to the increase in oxygen concentration in the cathode.

上記のタイミングＴ２からタイミングＴ３までが水素ＯＮ域である。 The above-mentioned timing T2 to timing T3 is the hydrogen ON region.

水素ＯＮ域から外れた領域、つまりタイミングＴ３以降に燃料電池システム１００を起動すると、起動時のアノードへの水素充填時に水素と酸素との界面が形成されることによって局部電池が形成され、燃料電池スタック１０の劣化を招来する。換言すると、水素ＯＮ域が長くなれば、水素ＯＮ域での起動する頻度が増えるので、局部電池が形成される頻度が低下し、燃料電池スタック１０の劣化を抑制できる。 When the fuel cell system 100 is started in a region outside the hydrogen ON region, that is, after the timing T3, a local cell is formed by forming an interface between hydrogen and oxygen at the time of filling the anode with hydrogen at the time of startup, and thus the fuel cell is formed. This causes deterioration of the stack 10. In other words, if the hydrogen ON region becomes long, the frequency of activation in the hydrogen ON region increases, so that the frequency of forming local cells decreases, and deterioration of the fuel cell stack 10 can be suppressed.

燃焼器乾燥運転を実行すると燃料電池スタック１０に空気を供給することになるので、仮に、燃料電池スタック１０への空気供給を停止した後に燃焼器乾燥運転を実行すると、水素ＯＮ域での水素濃度の低下速度を高めることになり、燃料電池スタック１０の劣化を促進することになる。 When the combustor drying operation is performed, air is supplied to the fuel cell stack 10. Therefore, if the combustor drying operation is performed after the air supply to the fuel cell stack 10 is stopped, the hydrogen concentration in the hydrogen ON region is increased. Of the fuel cell stack 10 is accelerated, and the deterioration of the fuel cell stack 10 is promoted.

その点、本実施形態では、上述した通りカソードの酸素濃度が低下した状態でシステムを停止するので、水素ＯＮ域が狭まることを回避可能であり、燃料電池スタック１０の劣化を抑制できる。 In this respect, in the present embodiment, as described above, the system is stopped in the state where the oxygen concentration of the cathode is lowered, so that it is possible to avoid narrowing the hydrogen ON region, and it is possible to suppress deterioration of the fuel cell stack 10.

図７は、触媒燃焼器３６が乾燥したか否かを判定する手段（図３のステップＳ１５０）を有することによる効果を説明するためのタイミングチャートである。図７は図２のタイミングチャートに触媒燃焼器３６の出口湿度のチャートを追加したものである。ここでは、タイミングＴ３において出口湿度が閾値より低くなっている。つまり、タイミングＴ３で触媒燃焼器３６は乾燥している。 FIG. 7 is a timing chart for explaining the effect of having the means (step S150 of FIG. 3) for determining whether or not the catalytic combustor 36 has dried. FIG. 7 is a timing chart of FIG. 2 in which a chart of the outlet humidity of the catalytic combustor 36 is added. Here, the outlet humidity is lower than the threshold value at the timing T3. That is, the catalyst combustor 36 is dry at the timing T3.

タイミングＴ２でスタック乾燥運転を終了するまでは、図２等のチャートと同様なので説明を省略する。 Until the stack drying operation is completed at the timing T2, the explanation is omitted because it is the same as the chart of FIG.

タイミングＴ２でスタック乾燥運転を終了して燃焼器乾燥運転を開始する。 At timing T2, the stack drying operation is ended and the combustor drying operation is started.

仮に、触媒燃焼器３６が乾燥したか否かを判定する手段（図３のステップＳ１５０）を備えない場合には、燃焼器乾燥運転の実行時間を一律に設定することになる。この場合、触媒燃焼器３６内の水分量によっては実行時間が足りずに触媒燃焼器３６が乾燥不足になるおそれがある。このような乾燥不足を回避するために、実行時間は想定し得る範囲内で最大の水分量の場合でも乾燥させ得る時間に設定される。ここでは、設定された実行時間はタイミングＴ２からタイミングＴ４までとする。 If the means for determining whether or not the catalytic combustor 36 has dried (step S150 in FIG. 3) is not provided, the execution time of the combustor drying operation will be set uniformly. In this case, depending on the amount of water in the catalytic combustor 36, the execution time may be insufficient and the catalytic combustor 36 may be insufficiently dried. In order to avoid such a lack of drying, the execution time is set to a time that allows drying even with the maximum amount of water within a conceivable range. Here, the set execution time is from timing T2 to timing T4.

燃焼器乾燥運転の実行時間を上記のように設定すると、タイミングＴ３で触媒燃焼器３６が乾燥しているにもかかわらず、タイミングＴ４まで燃焼器乾燥運転を継続することとなる。つまり、タイミングＴ３からタイミングＴ４までは無駄時間となる。 When the execution time of the combustor drying operation is set as described above, the combustor drying operation is continued until the timing T4 even though the catalyst combustor 36 is dry at the timing T3. That is, there is a dead time from timing T3 to timing T4.

これに対し、触媒燃焼器３６が乾燥したか否かを判定する手段を備え、乾燥していると判定したら直ちに燃焼器乾燥運転を終了して停止ＶＬＣ処理を開始するように構成すれば、無駄時間（図７のタイミングＴ３〜Ｔ４）をなくすことができる。また、無駄時間をなくすことで、燃料電池スタック１０の過乾燥を抑制することもできる。 On the other hand, if a means for determining whether or not the catalytic combustor 36 is dry is provided, and if it is determined that the catalytic combustor 36 is dry, the combustor drying operation is immediately ended and the stop VLC process is started, it is wasteful. The time (timing T3 to T4 in FIG. 7) can be eliminated. Further, by eliminating the dead time, overdrying of the fuel cell stack 10 can be suppressed.

次に、触媒燃焼器３６からの液水排出の有無を判定する手段（図３のステップＳ１７０）を備えることの効果について、図８のタイミングチャートを参照して説明する。 Next, the effect of providing the means for determining the presence/absence of liquid water discharge from the catalytic combustor 36 (step S170 in FIG. 3) will be described with reference to the timing chart in FIG.

図８は、燃料電池スタック１０からの液水の排出の有無を判定する手段（図３のステップＳ１７０）を有することによる効果を説明するためのタイミングチャートである。なお、図８はレベルセンサを用いて液水の排出の有無を判定する場合を示している。 FIG. 8 is a timing chart for explaining the effect of having the means (step S170 in FIG. 3) for determining the presence or absence of discharge of liquid water from the fuel cell stack 10. Note that FIG. 8 shows a case where the presence or absence of discharge of liquid water is determined using a level sensor.

タイミングＴ２でスタック乾燥運転を終了して燃焼器乾燥運転を開始し、タイミングＴ３で停止ＶＬＣ処理を開始する点では図２や図４と同様である。 2 and 4 in that the stack drying operation is ended at timing T2 to start the combustor drying operation and the stop VLC processing is started at timing T3.

燃料電池スタック１０からの液水の排出の有無を判定する手段を備える場合には、タイミングＴ２の時点でレベル上昇速度がほぼゼロになっていることから液水の排出が無いと判定することができる。仮に、レベル上昇速度がタイミングＴ２においてほぼゼロになっていなければ、スタック乾燥運転を再開することとなる（図３のステップＳ１７０→Ｓ１３０）。したがって、燃料電池スタック１０からの液水の排出が無くなってから燃焼器乾燥運転を終了させることができる（図３のステップＳ１７０→Ｓ１８０）。これにより、乾燥させた触媒燃焼器３６に燃料電池スタック１０から排出された液水が再付着することを防止できる。 When the means for determining whether or not the liquid water is discharged from the fuel cell stack 10 is provided, it can be determined that the liquid water is not discharged because the level increase rate is almost zero at the timing T2. it can. If the level increase speed is not substantially zero at the timing T2, the stack drying operation is restarted (step S170→S130 in FIG. 3). Therefore, the combustor drying operation can be terminated after the liquid water is no longer discharged from the fuel cell stack 10 (steps S170→S180 in FIG. 3). As a result, it is possible to prevent the liquid water discharged from the fuel cell stack 10 from reattaching to the dried catalytic combustor 36.

また、燃料電池スタック１０からの液水の排出の有無を判定する手段を備えない場合には、上述した触媒燃焼器３６への液水の再付着を防止する為には、燃料電池スタック１０からの液水の排出が無くなるまでの時間を予め設定する必要がある。これにより、無駄時間が生じて、システム停止までに要する時間が延びるおそれがある。これに対し本実施形態では燃料電池スタック１０からの液水の排出の有無を判定するので、無駄時間が生じることがない。 Further, in the case where the means for determining whether or not the liquid water is discharged from the fuel cell stack 10 is not provided, in order to prevent the liquid water from re-adhering to the catalyst combustor 36 described above, It is necessary to preset the time until the discharge of the liquid water is stopped. As a result, dead time may occur and the time required to stop the system may be extended. On the other hand, in the present embodiment, since it is determined whether liquid water is discharged from the fuel cell stack 10, no dead time is generated.

以上述べたように、本実施形態では、車両停止時に前記燃焼器の水分を除去するコンプレッサ５０と、コンプレッサ５０の動作タイミングを調整するコントローラ２０とを備える。そして、コントローラ２０は、停車状態か否かを判断する停車判断部（Ｓ１００）と、停車に伴う触媒燃焼器３６への空気供給停止が実行される前の時期、つまり停止ＶＬＣ処理の開始前であるか否かを判断する空気供給停止判断部（Ｓ１１０）と、を備える。空気供給停止判断部を備えることにより、燃焼器乾燥運転をシステム停止のためにコンプレッサ５０を停止して行う停止ＶＬＣ処理の開始前に実行することが可能となる。停止ＶＬＣ処理の前に燃焼器乾燥運転を実行すれば、次回のシステム起動時まで触媒燃焼器３６の乾燥状態を維持できるので、スタックの劣化を防止し、かつ次回のシステム起動を速やかに行うことができる。 As described above, in the present embodiment, the compressor 50 that removes water in the combustor when the vehicle is stopped, and the controller 20 that adjusts the operation timing of the compressor 50 are provided. Then, the controller 20 determines a vehicle stop determination unit (S100) that determines whether or not the vehicle is in a stopped state, and a time before the stop of the air supply to the catalytic combustor 36 associated with the vehicle stop, that is, before the start of the stop VLC process. An air supply stop determination unit (S110) that determines whether or not there is an air supply. By providing the air supply stop determination unit, the combustor drying operation can be executed before the start of the stop VLC process performed by stopping the compressor 50 to stop the system. If the combustor drying operation is executed before the stop VLC process, the dry state of the catalytic combustor 36 can be maintained until the next system startup, so the stack deterioration can be prevented and the next system startup can be performed promptly. You can

本実施形態では、車両停止時に燃料電池スタック１０の水分を除去する燃料電池乾燥装置としてのコンプレッサ５０を備え、コントローラ２０は燃料電池スタック１０の水分除去処理が終了したか否かをさらに判断する。具体的には、コントローラ２０は燃料電池スタック１０からの液水の排出の有無を判断する（Ｓ１７０）。これにより、乾燥した触媒燃焼器３６に燃料電池スタック１０から排出された液水が再付着することを抑制できるので、次回のシステム起動時まで触媒燃焼器３６の乾燥状態を維持できる。 In the present embodiment, the compressor 50 is provided as a fuel cell drying device that removes water from the fuel cell stack 10 when the vehicle is stopped, and the controller 20 further determines whether or not the water removal processing of the fuel cell stack 10 has been completed. Specifically, the controller 20 determines whether liquid water is discharged from the fuel cell stack 10 (S170). As a result, it is possible to prevent the liquid water discharged from the fuel cell stack 10 from reattaching to the dried catalyst combustor 36, so that the catalyst combustor 36 can be kept in a dry state until the next system startup.

本実施形態では、コントローラ２０は触媒燃焼器３６の水分除去処理が終了したと判定したら燃焼器乾燥運転を終了する。これにより、燃焼器乾燥運転を適切な時間だけ実行することが可能となるので、触媒燃焼器３６の乾燥不足や過乾燥を抑制できる。 In the present embodiment, the controller 20 ends the combustor drying operation when it is determined that the water removal processing of the catalytic combustor 36 is completed. As a result, the combustor drying operation can be executed for an appropriate period of time, so that the catalyst combustor 36 can be prevented from being insufficiently dried or overdried.

（第２実施形態）
第２実施形態は、燃料電池システム１００の構成及び基本的な制御ルーチンは第１実施形態と同様であり、燃焼器乾燥運転の内容が第１実施形態との相違点である。以下、相違点である燃焼器乾燥運転を中心に説明する。 (Second embodiment)
In the second embodiment, the configuration of the fuel cell system 100 and the basic control routine are the same as those in the first embodiment, and the content of the combustor drying operation is the difference from the first embodiment. Hereinafter, the combustor drying operation, which is the difference, will be mainly described.

本実施形態の燃焼器乾燥運転では、運転中に触媒燃焼器３６を燃焼乾燥させる。つまり、触媒燃焼器３６に空気だけでなく水素も供給して、触媒燃焼させる。これにより、触媒燃焼器３６の触媒温度が高まるので、触媒全体の乾燥を促進できる。 In the combustor drying operation of this embodiment, the catalytic combustor 36 is burned and dried during operation. That is, not only air but also hydrogen is supplied to the catalytic combustor 36 for catalytic combustion. As a result, the catalyst temperature of the catalyst combustor 36 increases, so that the drying of the entire catalyst can be promoted.

図９は、本実施形態の燃焼器乾燥運転について説明するためのタイミングチャートである。タイミングＴ２〜タイミングＴ４が燃焼器乾燥運転期間である。 FIG. 9 is a timing chart for explaining the combustor drying operation of this embodiment. Timings T2 to T4 are the combustor drying operation period.

燃料電池スタック１０からの液水の排出量がゼロになったタイミングＴ２から、触媒燃焼器３６への水素供給を開始する。これにより空気と水素との混合ガスが触媒燃焼器３６に流入し、触媒燃焼が開始される。なお、図９では液水の排出量がゼロになってから触媒燃焼を開始しているが、触媒が燃焼可能な程度に乾燥していれば、後述する図１１に示すように、これより前に開始してもよい。ただし、着火性の観点からは、液水の排出量がゼロになってからの方が望ましい。 Hydrogen supply to the catalytic combustor 36 is started from timing T2 when the discharge amount of liquid water from the fuel cell stack 10 becomes zero. As a result, a mixed gas of air and hydrogen flows into the catalytic combustor 36, and catalytic combustion is started. In FIG. 9, the catalytic combustion is started after the discharge amount of the liquid water becomes zero, but if the catalyst is dried to the extent that it can burn, as shown in FIG. May start at. However, from the standpoint of ignitability, it is preferable that the amount of liquid water discharged be zero.

燃焼器乾燥運転中も燃料電池スタック１０を空気が通過するので、燃料電池スタック１０のＨＦＲは上昇し続ける。つまり燃料電池スタック１０の湿潤度は低下し続ける。そこで、燃料電池スタック１０の湿潤度が停止時目標スタック湿潤度に達したタイミングＴ３において、燃料電池スタック１０の過乾燥を抑制するために、空気流量を低下させ、これに伴い供給水素量も低下させる。 Since air passes through the fuel cell stack 10 even during the combustor drying operation, the HFR of the fuel cell stack 10 continues to rise. That is, the wetness of the fuel cell stack 10 continues to decrease. Therefore, at the timing T3 when the wetness of the fuel cell stack 10 reaches the target stack wetness at the time of stop, in order to suppress overdrying of the fuel cell stack 10, the air flow rate is reduced, and the supplied hydrogen amount is also reduced accordingly. Let

そして、タイミングＴ４で触媒燃焼器３６が乾燥したと判定されたら、燃焼器乾燥運転を終了し、停止ＶＬＣ処理を開始する。 Then, when it is determined that the catalyst combustor 36 has dried at the timing T4, the combustor drying operation is ended and the stop VLC process is started.

触媒燃焼器３６が乾燥したか否かの判定は、第１実施形態において説明した方法の他に、下記の方法で行うことができる。 Whether or not the catalyst combustor 36 has dried can be determined by the following method in addition to the method described in the first embodiment.

（例１）触媒燃焼器３６の温度上昇速度に基づく判定
触媒燃焼器３６に供給する混合ガスの濃度及び供給量が一定でも、触媒燃焼器３６内の水分量が少なくなるほど温度上昇速度は速くなる。そこで、触媒燃焼器３６の温度上昇速度が閾値より大きくなったら触媒燃焼器３６は乾燥したと判定する。触媒燃焼器３６に供給する混合ガスの水素濃度及び供給量と、触媒燃焼により発生する熱量との関係（熱量収支）に基づいて、触媒燃焼器３６が乾燥した状態における温度上昇速度を予測し、これを閾値として設定する。なお、閾値を実験等により求めてもよい。 (Example 1) Judgment Based on Temperature Rise Rate of Catalytic Combustor 36 Even if the concentration and supply amount of the mixed gas supplied to the catalytic combustor 36 are constant, the rate of temperature increase increases as the amount of water in the catalytic combustor 36 decreases. .. Therefore, when the temperature increase rate of the catalytic combustor 36 becomes larger than the threshold value, it is determined that the catalytic combustor 36 is dry. Based on the relationship between the hydrogen concentration and supply amount of the mixed gas supplied to the catalytic combustor 36 and the amount of heat generated by catalytic combustion (calorific balance), the temperature increase rate in a dry state of the catalytic combustor 36 is predicted, This is set as a threshold. The threshold value may be obtained by experiments or the like.

（例２）コンプレッサ駆動電力に基づく判定
触媒燃焼器３６への混合カスの供給によって触媒が乾燥して燃焼部位が広がると、タービン５２の回収動力が増大する。つまり、触媒が乾燥するほどコンプレッサ５０の駆動をアシストする動力（アシスト量）が増大する。このため、コンプレッサ５０の回転速度を一定に制御する場合には、コンプレッサ５０の駆動に必要な電力は減少する。そこで、コンプレッサ５０の駆動電力が閾値より小さくなったら触媒燃焼器３６は乾燥したと判定する。回収効率が既知の場合には、供給した水素が全て燃焼したときの回収動力を推定し、これに基づいてアシスト量を算出して閾値を設定する。なお、閾値を実験等により求めてもよい。また、電力はトルクと回転速度との関数で表すことができるので、コンプレッサ５０のトルク及び回転速度を検出し、これらに基づいてコンプレッサ駆動電力を算出してもよい。 (Example 2) Judgment Based on Compressor Driving Electric Power When the catalyst is dried by the supply of the mixed dust to the catalytic combustor 36 and the combustion site spreads, the recovery power of the turbine 52 increases. That is, as the catalyst dries, the power (assist amount) for assisting the drive of the compressor 50 increases. Therefore, when the rotation speed of the compressor 50 is controlled to be constant, the electric power required to drive the compressor 50 decreases. Therefore, when the drive power of the compressor 50 becomes smaller than the threshold value, it is determined that the catalytic combustor 36 has dried. When the recovery efficiency is known, the recovery power when all the supplied hydrogen is burned is estimated, the assist amount is calculated based on this, and the threshold value is set. The threshold value may be obtained by experiments or the like. Further, since the electric power can be expressed by a function of the torque and the rotation speed, the torque and the rotation speed of the compressor 50 may be detected, and the compressor drive power may be calculated based on these.

（例３）コンプレッサ流量またはコンプレッサ吐出圧力に基づく判定
例２で説明した通り、触媒燃焼器３６が乾燥するほどコンプレッサ５０のアシスト量が増大する。このため、コンプレッサ５０を一定電力で駆動する場合には、コンプレッサ５０の回転速度が高まり、コンプレッサ５０の流量及び吐出圧力が増大する。そこで、流量または吐出圧力が閾値より大きくなったら触媒燃焼器３６は乾燥したと判定する。 (Example 3) Determination Based on Compressor Flow Rate or Compressor Discharge Pressure As described in Example 2, as the catalytic combustor 36 dries, the assist amount of the compressor 50 increases. Therefore, when the compressor 50 is driven with constant power, the rotation speed of the compressor 50 increases, and the flow rate and discharge pressure of the compressor 50 increase. Therefore, when the flow rate or the discharge pressure becomes larger than the threshold value, it is determined that the catalytic combustor 36 has dried.

例２と同様に供給した水素が全て燃焼した場合の回収動力を推定し、回収動力による流量または吐出圧力の増加分を算出して閾値を設定する。なお、閾値を実験等により求めてもよい。 Similar to Example 2, the recovery power when all the supplied hydrogen is burned is estimated, the increase in the flow rate or discharge pressure due to the recovery power is calculated, and the threshold value is set. The threshold value may be obtained by experiments or the like.

（例４）触媒燃焼器３６の下流側の水素濃度に基づく判定
触媒燃焼器３６の触媒の乾燥が進むほど、燃焼部位が広くなるので、燃焼せずに触媒燃焼器３６を通過する水素の量が少なくなる。 (Example 4) Judgment based on hydrogen concentration on the downstream side of the catalytic combustor 36 As the catalyst of the catalytic combustor 36 is dried, the combustion area becomes wider, so the amount of hydrogen passing through the catalytic combustor 36 without burning. Is less.

そこで、触媒燃焼器３６の下流側の水素濃度（「下流側水素濃度」ともいう）を取得し、これが閾値より小さくなったら触媒燃焼器３６は乾燥したと判定する。触媒の水含有率毎に、供給する水素の濃度及び流量と下流側水素濃度との関係を取得し、それに基づいて閾値を設定する。なお、供給した水素が全て燃焼した場合の下流側水素濃度（ゼロ％）を閾値としてもよい。 Therefore, the hydrogen concentration on the downstream side of the catalyst combustor 36 (also referred to as “downstream hydrogen concentration”) is acquired, and when it becomes smaller than the threshold value, it is determined that the catalyst combustor 36 is dry. For each water content of the catalyst, the relationship between the concentration and flow rate of the supplied hydrogen and the downstream hydrogen concentration is acquired, and the threshold value is set based on the acquired relationship. The downstream hydrogen concentration (zero%) when all the supplied hydrogen burns may be used as the threshold value.

ここで、触媒燃焼器３６への水素供給制御について説明する。 Here, the hydrogen supply control to the catalytic combustor 36 will be described.

図９ではタイミングＴ２で水素供給を開始した後、タイミングＴ３まで供給量は一定であるが、これに限られるわけではない。 In FIG. 9, after the hydrogen supply is started at the timing T2, the supply amount is constant until the timing T3, but it is not limited to this.

例えば図１０に示すように、燃焼器乾燥運転の開始に伴い水素供給を開始し、その後、触媒燃焼器３６の温度上昇に応じて水素及び空気の供給量を減少させてもよい。なお、図１０では、燃料電池スタック１０の過乾燥抑制のための制御を省略している。 For example, as shown in FIG. 10, hydrogen supply may be started with the start of the combustor drying operation, and then the supply amounts of hydrogen and air may be decreased in accordance with the temperature rise of the catalytic combustor 36. In FIG. 10, control for suppressing overdrying of the fuel cell stack 10 is omitted.

このように燃焼器乾燥運転の開始当初は水素濃度が高い混合ガスを多く供給することで、触媒燃焼器３６の温度を速やかに上昇させることができる。また、触媒燃焼器３６の温度が高くなるにつれて、つまり触媒燃焼器３６が乾燥状態に近づくにつれて、水素及び空気の供給量を減少させることにより、水素の消費を抑制できる。 In this manner, by supplying a large amount of mixed gas having a high hydrogen concentration at the beginning of the combustor drying operation, the temperature of the catalytic combustor 36 can be quickly raised. Further, as the temperature of the catalytic combustor 36 increases, that is, as the catalytic combustor 36 approaches a dry state, the hydrogen and air supply amounts are reduced, so that the consumption of hydrogen can be suppressed.

なお、図１０では水素供給量を一定の傾きで連続的に減少させているが、ステップ的に減少させてもよいし、傾きを変化させながら減少させてもよい。 In FIG. 10, the hydrogen supply amount is continuously reduced with a constant gradient, but it may be reduced stepwise, or it may be reduced while changing the gradient.

また、図９では燃料電池スタック１０の過乾燥を防止するために、タイミングＴ３で燃料電池スタック１０の空気流量及び触媒燃焼器３６への水素供給量を減少させて、触媒燃焼器３６内の水素濃度を一定に維持しているが、これに限られるわけではない。 Further, in FIG. 9, in order to prevent overdrying of the fuel cell stack 10, the air flow rate of the fuel cell stack 10 and the hydrogen supply amount to the catalytic combustor 36 are reduced at timing T3 to reduce the hydrogen in the catalytic combustor 36. The concentration is maintained constant, but it is not limited to this.

例えば、空気流量だけを減少させてもよいし、図１１に示すように、空気流量を減少させた後も水素供給量を一定に維持して触媒燃焼器３６内の水素濃度を上昇させてもよい。 For example, only the air flow rate may be reduced, or, as shown in FIG. 11, even after the air flow rate is reduced, the hydrogen supply amount may be maintained constant and the hydrogen concentration in the catalytic combustor 36 may be increased. Good.

いずれの場合も、燃料電池スタック１０の空気流量が減少するので、燃料電池スタック１０の過乾燥を抑制できる。 In either case, the air flow rate of the fuel cell stack 10 is reduced, so that overdrying of the fuel cell stack 10 can be suppressed.

ところで、図９では、タイミングＴ４で触媒燃焼器３６が乾燥したと判定されたら、燃料電池スタック１０への空気供給を停止して停止ＶＬＣ処理を開始しているが、図１２に示すように、触媒燃焼器３６が乾燥したと判定した後も、所定時間、燃料電池スタック１０への空気供給を継続するようにしてもよい。 By the way, in FIG. 9, when it is determined that the catalyst combustor 36 has dried at the timing T4, the air supply to the fuel cell stack 10 is stopped and the stop VLC process is started, but as shown in FIG. The air supply to the fuel cell stack 10 may be continued for a predetermined time even after it is determined that the catalyst combustor 36 has dried.

本実施形態のように触媒燃焼によって触媒燃焼器３６を乾燥させると、燃焼中に水蒸気が発生する。触媒燃焼器３６が乾燥したと判定した後も空気供給を継続することで、露点温度の低い空気によって触媒燃焼器３６が掃気されるので、水蒸気の凝縮により生成された液水が触媒に付着することを抑制できる。 When the catalytic combustor 36 is dried by catalytic combustion as in this embodiment, steam is generated during combustion. By continuing the air supply even after it is determined that the catalyst combustor 36 is dry, the catalyst combustor 36 is scavenged by the air having a low dew point temperature, so that the liquid water generated by the condensation of the steam adheres to the catalyst. Can be suppressed.

以上のように本実施形態では、第１実施形態と同様の効果に加えて、さらに、次の効果が得られる。 As described above, in the present embodiment, in addition to the same effects as in the first embodiment, the following effects are further obtained.

本実施形態では、触媒燃焼器３６で燃焼を起こすことにより水分を除去するので、触媒燃焼器３６の乾燥をより促進することができる。 In this embodiment, moisture is removed by causing combustion in the catalytic combustor 36, so that the drying of the catalytic combustor 36 can be further promoted.

また、本実施形態では、燃焼により水分が除去された触媒燃焼器３６に空気を所定時間供給するので、燃焼中に発生した水蒸気を掃気することができる。その結果、水蒸気が凝縮することで生成された水分が触媒に付着することを抑制できる。 In addition, in the present embodiment, since air is supplied to the catalytic combustor 36 from which water has been removed by combustion for a predetermined time, it is possible to scavenge water vapor generated during combustion. As a result, it is possible to prevent the water generated by the condensation of the water vapor from adhering to the catalyst.

（第３実施形態）
第３実施形態は、燃料電池システム１００の構成及び基本的な制御ルーチンは第１実施形態と同様であり、燃焼器乾燥運転の内容が第１実施形態との相違点である。以下、相違点である燃焼器乾燥運転を中心に説明する。 (Third Embodiment)
In the third embodiment, the configuration of the fuel cell system 100 and the basic control routine are the same as those in the first embodiment, and the content of the combustor drying operation is the difference from the first embodiment. Hereinafter, the combustor drying operation, which is the difference, will be mainly described.

図１３は、本実施形態の制御の内容を説明するためのタイミングチャートである。 FIG. 13 is a timing chart for explaining the control content of this embodiment.

本実施形態では、燃焼器乾燥運転中はバイパス弁３２を開弁し、コンプレッサ５０から供給される空気の一部または全量を、バイパス通路３３を介して触媒燃焼器３６に供給する。すなわち、図１３において、タイミングＴ２でスタック乾燥運転を終了したら、バイパス弁３２を開弁する。 In the present embodiment, the bypass valve 32 is opened during the combustor drying operation, and a part or all of the air supplied from the compressor 50 is supplied to the catalytic combustor 36 via the bypass passage 33. That is, in FIG. 13, when the stack drying operation is completed at timing T2, the bypass valve 32 is opened.

これにより、コンプレッサ５０からの空気流量は一定のままでも、バイパス通路３３の空気流量は増加する。コンプレッサ５０から吐出された空気は燃料電池スタック１０を通過した空気よりも露点温度が低い、つまり乾燥しているので、バイパス通路３３を介して触媒燃焼器３６に空気を供給することで、触媒燃焼器３６の入口における空気の湿度を、バイパス通路３３を利用しない場合に比べて低下させることができる。その結果、触媒燃焼器３６の乾燥に要する時間を第１実施形態の場合に比べて短縮できる。 As a result, the air flow rate in the bypass passage 33 increases even though the air flow rate from the compressor 50 remains constant. Since the air discharged from the compressor 50 has a lower dew point temperature than the air that has passed through the fuel cell stack 10, that is, it is dry, the air is supplied to the catalyst combustor 36 through the bypass passage 33, so that the catalyst combustion is performed. The humidity of the air at the inlet of the container 36 can be reduced as compared with the case where the bypass passage 33 is not used. As a result, the time required for drying the catalyst combustor 36 can be shortened as compared with the case of the first embodiment.

また、バイパス通路３３を利用することで、燃焼器乾燥運転中に燃料電池スタック１０を通過する空気量が減少する。これにより、燃焼器乾燥運転中における燃料電池スタック１０の過乾燥を抑制できる。 Further, by using the bypass passage 33, the amount of air passing through the fuel cell stack 10 during the combustor drying operation is reduced. As a result, overdrying of the fuel cell stack 10 during the combustor drying operation can be suppressed.

さらに、第２実施形態のように燃焼器乾燥運転中に触媒燃焼器３６で触媒燃焼させる場合には、バイパス通路３３の空気流量をより多くすると、着火性が向上する。 Further, in the case of performing catalytic combustion in the catalytic combustor 36 during the combustor drying operation as in the second embodiment, the ignitability is improved by increasing the air flow rate in the bypass passage 33.

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。 It is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims.

１０ 燃料電池スタック（燃料電池）
１６ コンプレッサ動力供給機構（燃焼器乾燥装置）
２０ コントローラ
２２ カソードガス供給通路
２６ エアフローセンサ
２７ コンプレッサ吐出温度センサ
２８ アフタークーラ
２９ スタック供給空気温度センサ
３０ 空気圧力センサ
３２ バイパス弁
３３ バイパス通路
３６ 触媒燃焼器（燃焼器）
３８ タービン入口温度センサ
５０ コンプレッサ
５２ タービン
５４ コンプレッサ駆動モータ
１００ 燃料電池システム 10 Fuel cell stack (fuel cell)
16 Compressor power supply mechanism (combustor dryer)
20 Controller 22 Cathode Gas Supply Passage 26 Air Flow Sensor 27 Compressor Discharge Temperature Sensor 28 Aftercooler 29 Stack Supply Air Temperature Sensor 30 Air Pressure Sensor 32 Bypass Valve 33 Bypass Passage 36 Catalytic Combustor (Combustor)
38 turbine inlet temperature sensor 50 compressor 52 turbine 54 compressor drive motor 100 fuel cell system

Claims (10)

アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池と、
前記燃料電池にカソードガスを供給するコンプレッサと、
前記燃料電池から排出されるカソード排ガスの供給を受けて前記コンプレッサの補助駆動力を生成するタービンと、
前記燃料電池と前記タービンとの間に設置され前記カソード排ガスとアノードガスとを混合して燃焼させる燃焼器と、
を備える燃料電池システムにおいて、
車両停止時に前記燃焼器の水分を除去する燃焼器乾燥装置と、
前記燃焼器乾燥装置の動作タイミングを調整するコントローラと、
を有し、
前記コントローラは、停車状態か否かを判断する停車判断部と、前記燃料電池への空気供給を停止した状態で前記燃料電池から電力を取り出すことにより前記燃料電池の電圧を低下させるシステム停止処理の開始前であるときに、停車に伴う前記燃焼器への空気供給停止が実行される前の時期であると判断する空気供給停止判断部と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell that receives the supply of the anode gas and the cathode gas to generate electricity,
A compressor for supplying cathode gas to the fuel cell,
A turbine that receives supply of cathode exhaust gas discharged from the fuel cell to generate auxiliary driving force for the compressor;
A combustor installed between the fuel cell and the turbine for mixing the cathode exhaust gas and the anode gas for combustion.
In a fuel cell system including
A combustor drying device that removes water from the combustor when the vehicle is stopped,
A controller for adjusting the operation timing of the combustor drying device,
Have
The controller includes a vehicle stop determination unit that determines whether or not the vehicle is in a stopped state, and a system stop process that lowers the voltage of the fuel cell by extracting electric power from the fuel cell in a state where the air supply to the fuel cell is stopped. when it is before the start of the fuel cell system characterized by comprising an air supply stop determining section for determining that the time before the air supply stop to the combustor associated with the stop is executed. 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
車両停止時に前記燃料電池の水分を除去する燃料電池乾燥装置をさらに備え、
前記空気供給停止判断部は前記燃料電池の水分除去処理が終了したか否かをさらに判断する燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1 ,
Further comprising a fuel cell drying device for removing water from the fuel cell when the vehicle is stopped,
The fuel cell system, wherein the air supply stop determination unit further determines whether or not the water removal processing of the fuel cell is completed. 請求項１または２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記コントローラは、停車状態であり、かつ前記燃焼器への空気供給を停止する処理の開始前の時期に、前記燃焼器乾燥装置を稼働させる燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1 or 2 ,
The fuel cell system in which the controller operates the combustor drying device at a time when the controller is in a stopped state and before the process of stopping the air supply to the combustor is started. 請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、
前記コントローラは、前記燃料電池への空気供給を停止した状態で前記燃料電池から電力を取り出すことにより前記燃料電池の電圧を低下させるシステム停止処理の開始前に、前記燃焼器乾燥装置を停止させる燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 3 ,
The controller causes the fuel to stop the combustor drying device before starting a system stop process that lowers the voltage of the fuel cell by extracting electric power from the fuel cell in a state where the air supply to the fuel cell is stopped. Battery system. 請求項４に記載の燃料電池システムにおいて、
前記空気供給停止判断部は、前記燃焼器の水分除去処理が終了したか否かをさらに判定し、
前記コントローラは、前記空気供給停止判断部により前記燃焼器の水分除去処理が終了したと判定されたら前記燃焼器乾燥装置を停止させる燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 4 ,
The air supply stop determination unit further determines whether or not the moisture removal processing of the combustor is completed,
The fuel cell system, wherein the controller stops the combustor drying device when the air supply stop determination unit determines that the moisture removal processing of the combustor is completed. 請求項５に記載の燃料電池システムにおいて、
前記空気供給停止判断部は、前記燃料電池からの液水排出の有無をさらに判定し、
前記コントローラは、前記空気供給停止判断部により前記燃料電池からの液水の排出がなくなったと判断されたら前記燃焼器乾燥装置を停止させる燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 5 ,
The air supply stop determination unit further determines whether liquid water is discharged from the fuel cell,
The fuel cell system, wherein the controller stops the combustor dryer when the air supply stop determination unit determines that the liquid water is no longer discharged from the fuel cell. 請求項１から６のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃焼器乾燥装置は、前記燃焼器で燃焼を起こすことにより水分を除去する燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6 ,
The combustor drying device is a fuel cell system for removing water by causing combustion in the combustor. 請求項７に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃焼器乾燥装置は、燃焼により水分が除去された前記燃焼器に空気を所定時間供給する燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 7 ,
The combustor dryer is a fuel cell system for supplying air to the combustor from which moisture has been removed by combustion for a predetermined time. 請求項１から８のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記コンプレッサから前記燃料電池に供給される空気の一部または全量を、前記燃料電池を迂回して前記燃焼器に供給する連通路をさらに備える燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 8 ,
The fuel cell system further comprising a communication passage that bypasses the fuel cell and supplies a part or all of the air supplied from the compressor to the fuel cell to the combustor. アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池と、
前記燃料電池にカソードガスを供給するコンプレッサと、
前記燃料電池から排出されるカソード排ガスの供給を受けて前記コンプレッサの補助駆動力を生成するタービンと、
前記燃料電池と前記タービンとの間に設置され前記カソード排ガスとアノードガスとを混合して燃焼させる燃焼器と、
車両停止時に前記燃焼器の水分を除去する燃焼器乾燥装置と、
前記燃焼器乾燥装置の動作タイミングを調整するコントローラと、
を備える燃料電池システムの制御方法において、
前記コントローラは、
停車状態か否かを判断し、
前記燃料電池への空気供給を停止した状態で前記燃料電池から電力を取り出すことにより前記燃料電池の電圧を低下させるシステム停止処理の開始前であるときに、停車に伴う前記燃焼器への供給停止が実行される前の時期で有ると判断し、
車両停止状態であり、かつ前記燃焼器への空気供給を停止する処理の開始前の時期である場合に、前記燃焼器の水分を除去する燃焼器乾燥処理を実行する燃料電池システムの制御方法。 A fuel cell that receives the supply of the anode gas and the cathode gas to generate electricity,
A compressor for supplying cathode gas to the fuel cell,
A turbine that receives supply of cathode exhaust gas discharged from the fuel cell to generate auxiliary driving force for the compressor;
A combustor which is placed combusted by mixing the cathode exhaust gas and the anode gas between the turbine and the fuel cell,
A combustor drying device that removes water from the combustor when the vehicle is stopped,
A controller for adjusting the operation timing of the combustor drying device,
In a control method of a fuel cell system comprising:
The controller is
Judge whether it is in a stopped state,
Stopping supply to the combustor when the vehicle is stopped before starting the system stop process of lowering the voltage of the fuel cell by taking out electric power from the fuel cell in a state where the air supply to the fuel cell is stopped it is determined that but there in time before it is executed,
A method for controlling a fuel cell system, which executes a combustor drying process for removing water in the combustor when the vehicle is in a stopped state and before the start of the process for stopping the air supply to the combustor.
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