JP6861344B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明はアノードの窒素濃度を制御して発電を開始する燃料電池システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell system that starts power generation by controlling the nitrogen concentration of the anode.

従来、この種燃料電池システムは、発電停止中に不活性ガスである窒素が、カソードから電解質膜を透過してアノードに存在することがある。そのため、発電を開始する場合、発電停止中に蓄積したアノードの燃料ガスを含む窒素を、アノードと燃料電池システム外を接続するパージ経路を通過させて、パージガスとして排出することによって、アノードの窒素を燃料ガスに置換している（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, in this type of fuel cell system, nitrogen, which is an inert gas, may be present at the anode through the electrolyte membrane from the cathode while power generation is stopped. Therefore, when starting power generation, the nitrogen containing the fuel gas of the anode accumulated during the stop of power generation is passed through the purge path connecting the anode and the outside of the fuel cell system and discharged as the purge gas to release the nitrogen of the anode. It is replaced with a fuel gas (see, for example, Patent Document 1).

図３は、前記公報に記載された従来の燃料電池システムの構成を示したブロック図を示すものである。 FIG. 3 shows a block diagram showing the configuration of the conventional fuel cell system described in the publication.

図３に示すように、燃料電池システム３００は、燃料ガス供給経路１５、燃料電池スタック２、未反応燃料ガス循環経路１６、酸化剤ガス供給経路１７、酸化剤ガス排出経路１８、酸化剤ガス供給部１９、燃料ガス供給源２０、パージ弁１０、希釈流量調整弁１１、希釈器１２、希釈ガス排出経路１３、希釈ガス導入経路１４から構成されている。 As shown in FIG. 3, the fuel cell system 300 includes a fuel gas supply path 15, a fuel cell stack 2, an unreacted fuel gas circulation path 16, an oxidant gas supply path 17, an oxidant gas discharge path 18, and an oxidant gas supply. It is composed of a unit 19, a fuel gas supply source 20, a purge valve 10, a dilution flow rate adjusting valve 11, a diluter 12, a diluting gas discharge path 13, and a diluting gas introduction path 14.

燃料電池システム３００の発電を開始する場合、発電停止中に燃料電池スタック２のアノードや未反応燃料ガス循環経路１６に蓄積した燃料ガスを含む窒素を、パージ弁１０を開いて希釈器１２へ導入する。その際に、希釈流量調整弁１１が開くことで酸化剤ガスが希釈ガス導入経路１４を介して希釈器１２へ導入されると、希釈器１２に滞留している燃料ガスを含む窒素は酸化剤ガスによって希釈器１２の出口側へ押し出される。そして、燃料電池スタック２と、酸化剤ガス排出経路１８を通過したカソードオフガスと合流して混ざり、燃料ガスを希釈した後に、希釈ガス排出経路１３を介して燃料電池システム３００の外部に排出される。 When starting the power generation of the fuel cell system 300, the nitrogen containing the fuel gas accumulated in the anode of the fuel cell stack 2 and the unreacted fuel gas circulation path 16 while the power generation is stopped is introduced into the diluter 12 by opening the purge valve 10. To do. At that time, when the oxidant gas is introduced into the diluter 12 via the dilution gas introduction path 14 by opening the dilution flow rate adjusting valve 11, the nitrogen containing the fuel gas staying in the diluter 12 is the oxidant. It is pushed out to the outlet side of the diluter 12 by the gas. Then, the fuel cell stack 2 and the cathode off gas that has passed through the oxidant gas discharge path 18 are merged and mixed to dilute the fuel gas, and then discharged to the outside of the fuel cell system 300 via the diluted gas discharge path 13. ..

特開２０１０−２８７５０９号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-287509

しかしながら、前記従来の構成では、発電開始時にアノードの窒素濃度が所定値に低減されるまでパージガスの排出を継続するため、パージガスに含まれる水素を高濃度で排出していた。そのため、パージガス中の水素を可燃範囲未満まで希釈するための水素希釈手段が必要となり、燃料電池システムが大型になるという課題を有していた。 However, in the conventional configuration, since the purge gas is continuously discharged until the nitrogen concentration of the anode is reduced to a predetermined value at the start of power generation, hydrogen contained in the purge gas is discharged at a high concentration. Therefore, a hydrogen diluting means for diluting hydrogen in the purge gas to less than the flammable range is required, and there is a problem that the fuel cell system becomes large.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、カソードとアノードの窒素分圧差を調整することで、発電停止中に蓄積したアノードの窒素を燃料電池スタックの電解質膜を介してカソードへ排出し、アノードの窒素濃度を所定値まで低減した後に発電を開始する。これによって、パージ経路と水素希釈手段を用いずにアノードの窒素を排出することが可能な、小型化した燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and by adjusting the difference in nitrogen partial pressure between the cathode and the anode, the nitrogen of the anode accumulated during power generation stoppage is discharged to the cathode through the electrolyte membrane of the fuel cell stack. , After reducing the nitrogen concentration of the anode to a predetermined value, power generation is started. It is an object of the present invention to provide a miniaturized fuel cell system capable of discharging nitrogen at the anode without using a purge route and hydrogen dilution means.

前記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池スタックと、燃料電池スタックにおいて、燃料ガスが供給されるアノードと、燃料電池スタックにおいて、酸化剤ガスが供給されるカソードと、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス供給経路と、アノードから排出された未反応燃料ガスを燃料ガス供給経路へ供給する未反応燃料ガス循環経路と、カソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、カソードと酸化剤ガス供給部とを接続する酸化剤ガス供給経路と、カソードから排出された未反応酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出経路と、制御部と、を備え、制御部は、燃料電池スタックの発電停止後に発電を開始する場合は、カ
ソードの窒素分圧がアノードの窒素分圧よりも低くなるように酸化剤ガス供給部からカソードに酸化剤ガスを供給して掃気することによって、燃料電池スタックの電解質膜を介して、アノードの窒素の少なくとも一部をカソードへ排出した後、発電を開始するようにしたものである。 In order to solve the above-mentioned conventional problems, the fuel cell system of the present invention includes a fuel cell stack that generates power using a fuel gas and an oxidizing agent gas, an anode to which the fuel gas is supplied in the fuel cell stack, and an anode. In the fuel cell stack, the cathode to which the oxidizing agent gas is supplied, the fuel gas supply path for supplying the fuel gas to the anode, and the unreacted fuel gas circulation for supplying the unreacted fuel gas discharged from the anode to the fuel gas supply path. The path, the oxidant gas supply section that supplies the oxidant gas to the cathode, the oxidant gas supply path that connects the cathode and the oxidant gas supply section, and the oxidation that discharges the unreacted oxidant gas discharged from the cathode. An agent gas discharge path and a control unit are provided, and the control unit is provided with an oxidizing agent so that the nitrogen partial pressure at the cathode is lower than the nitrogen partial pressure at the anode when power generation is started after the power generation of the fuel cell stack is stopped. By supplying an oxidizing agent gas from the gas supply unit to the cathode and purging it, at least a part of the nitrogen of the anode is discharged to the cathode through the electrolyte membrane of the fuel cell stack, and then power generation is started. Is.

これによって、パージ経路を設けずに、アノードの窒素の少なくとも一部をカソードへ排出できる。さらに、アノードの水素を燃料電池システム外へ排出することがないため、水素希釈手段を設けずに発電を開始することとなる。 As a result, at least a part of nitrogen in the anode can be discharged to the cathode without providing a purge path. Further, since hydrogen at the anode is not discharged to the outside of the fuel cell system, power generation is started without providing the hydrogen diluting means.

本発明の燃料電池システムは、発電停止中にカソードとアノードの窒素分圧差を調整することによって、アノードの窒素を燃料電池スタックの電解質膜を透過させてカソードへ排出するため、燃料ガスである水素を燃料電池システム外へ排出すること無く窒素を選択的に燃料電池システム外へ排出し、燃料電池システムの発電を開始することができる。これにより、パージ経路と水素希釈手段を設ける必要がないため、燃料電池システムの小型化と低コスト化を実現することができる。 In the fuel cell system of the present invention, the difference in nitrogen partial pressure between the cathode and the anode is adjusted while power generation is stopped, so that the nitrogen at the anode permeates through the electrolyte membrane of the fuel cell stack and is discharged to the cathode. It is possible to selectively discharge nitrogen to the outside of the fuel cell system and start the power generation of the fuel cell system without discharging the nitrogen to the outside of the fuel cell system. As a result, it is not necessary to provide a purge path and hydrogen diluting means, so that the fuel cell system can be downsized and the cost can be reduced.

本発明の実施の形態１における燃料電池システムのブロック図Block diagram of the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention 本発明の実施の形態２における燃料電池システムのブロック図Block diagram of the fuel cell system according to the second embodiment of the present invention 従来の燃料電池システムの構成を示したブロック図Block diagram showing the configuration of a conventional fuel cell system

第１の発明の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池スタックと、燃料電池スタックにおいて、燃料ガスが供給されるアノードと、燃料電池スタックにおいて、酸化剤ガスが供給されるカソードと、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス供給経路と、アノードから排出された未反応燃料ガスを燃料ガス供給経路へ供給する未反応燃料ガス循環経路と、カソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、カソードと酸化剤ガス供給部とを接続する酸化剤ガス供給経路と、カソードから排出された未反応酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出経路と、制御部と、を備え、制御部は、燃料電池スタックの発電停止後に発電を開始する場合は、カソードの窒素分圧がアノードの窒素分圧よりも低くなるように酸化剤ガス供給部からカソードに酸化剤ガスを供給して掃気することによって、燃料電池スタックの電解質膜を介して、アノードの窒素の少なくとも一部をカソードへ排出した後、発電を開始するようにしたものである。これによって、アノードの窒素の少なくとも一部を燃料電池スタックのカソードへ選択的に排出することとなり、パージ経路や水素希釈手段を設けずに、燃料電池システムの発電を開始することができる。 The fuel cell system of the first invention has a fuel cell stack that generates power using fuel gas and an oxidant gas, an anode to which the fuel gas is supplied in the fuel cell stack, and an oxidant gas in the fuel cell stack. The cathode to which is supplied, the fuel gas supply path to supply the fuel gas to the anode, the unreacted fuel gas circulation path to supply the unreacted fuel gas discharged from the anode to the fuel gas supply path, and the oxidizing agent gas to the cathode. Oxidizing agent gas supply section connecting the cathode and the oxidizing agent gas supply section, the oxidizing agent gas discharging path for discharging the unreacted oxidizing agent gas discharged from the cathode, and the control unit. When starting power generation after the power generation of the fuel cell stack is stopped, the control unit has an oxidant from the oxidant gas supply unit to the cathode so that the nitrogen partial pressure of the cathode is lower than the nitrogen partial pressure of the anode. By supplying gas and sweeping air , at least a part of the nitrogen of the anode is discharged to the cathode through the electrolyte membrane of the fuel cell stack, and then power generation is started. As a result, at least a part of nitrogen in the anode is selectively discharged to the cathode of the fuel cell stack, and power generation of the fuel cell system can be started without providing a purge path or hydrogen diluting means.

第２の発明の燃料電池システムは、特に、第１の発明の燃料電池システムにおいて、燃料ガス供給経路に燃料ガス圧力調整部を備え、制御部は、燃料電池スタックの発電停止中に、アノードの窒素分圧がカソードの窒素分圧よりも高くなるように燃料ガス圧力調整部を調整した後、発電を開始するものである。これによって、発電停止中に、カソードの窒素分圧がアノードの窒素分圧よりも高くなった場合について、燃料ガス圧力調整部を調整することで、アノードの窒素分圧をカソードの窒素分圧よりも高く設定することが可能となるため、燃料電池スタックの電解質膜を介して、アノードの窒素の少なくとも一部をカソードへ排出することとなり、パージ経路や水素希釈手段を設けずに、燃料電池システムの発電を開始することができる。 The fuel cell system of the second invention, in particular, in the fuel cell system of the first invention, includes a fuel gas pressure adjusting unit in the fuel gas supply path, and the control unit of the anode while the power generation of the fuel cell stack is stopped. Power generation is started after adjusting the fuel gas pressure adjusting unit so that the nitrogen partial pressure becomes higher than the nitrogen partial pressure of the cathode. As a result, when the nitrogen partial pressure of the cathode becomes higher than the nitrogen partial pressure of the anode while power generation is stopped, the nitrogen partial pressure of the anode is made higher than the nitrogen partial pressure of the cathode by adjusting the fuel gas pressure adjustment unit. Since it is possible to set the pressure high, at least a part of the nitrogen of the anode is discharged to the cathode through the electrolyte membrane of the fuel cell stack, and the fuel cell system does not have a purge path or hydrogen diluting means. Can start generating electricity.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the present embodiment.

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムのブロック図を示すものである。図１において、燃料電池システム１００は、水素供給経路１と、燃料電池スタック２と、アノード２ａと、カソード２ｂと、電解質膜２ｃと、未反応水素循環経路３と、水素圧力調整部４と、空気供給経路５と、空気排出経路６と、空気供給部７と、制御部８とを備える。 (Embodiment 1)
FIG. 1 shows a block diagram of a fuel cell system according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the fuel cell system 100 includes a hydrogen supply path 1, a fuel cell stack 2, an anode 2a, a cathode 2b, an electrolyte membrane 2c, an unreacted hydrogen circulation path 3, a hydrogen pressure adjusting unit 4, and the like. It includes an air supply path 5, an air discharge path 6, an air supply unit 7, and a control unit 8.

水素供給経路１は、燃料ガスである水素を燃料電池スタック２へと供給するための経路である。 The hydrogen supply path 1 is a path for supplying hydrogen, which is a fuel gas, to the fuel cell stack 2.

燃料電池スタック２は、例えば固体高分子型の燃料電池スタックであり、電解質膜２ｃを導電性のセパレータ（図示せず）で挟持してなる単セルを厚み方向に複数積層し、各単セルを電気的に直列に接続した構造を有している。水素は水素供給経路１を通して燃料電池スタック２に供給される。また、酸化剤ガスである空気は、空気供給部７によって供給し、燃料電池スタック２の発電を開始する。 The fuel cell stack 2 is, for example, a solid polymer fuel cell stack, in which a plurality of single cells formed by sandwiching the electrolyte membrane 2c with a conductive separator (not shown) are laminated in the thickness direction, and each single cell is laminated. It has a structure that is electrically connected in series. Hydrogen is supplied to the fuel cell stack 2 through the hydrogen supply path 1. Further, air, which is an oxidant gas, is supplied by the air supply unit 7 to start power generation of the fuel cell stack 2.

未反応水素循環経路３は、燃料電池スタック２から排出される未使用の水素が通る配管経路であり、下端はエジェクタ等によって、水素供給経路１に接続される。 The unreacted hydrogen circulation path 3 is a piping path through which unused hydrogen discharged from the fuel cell stack 2 passes, and the lower end thereof is connected to the hydrogen supply path 1 by an ejector or the like.

水素圧力調整部４は、水素供給経路１の経路上において未反応水素循環経路３との合流部よりも上流に設けられ、ニードル弁４ａと、圧力計４ｂによって構成されている。ニードル弁４ａは水素供給経路１の水素を調圧する。圧力計４ｂは水素供給経路１の水素の圧力を計測し、制御部８へ圧力情報を返すことで、制御部８の指示でニードル弁４ａの開度を制御し、水素供給経路１の圧力を調整する。
空気供給経路５は、空気を燃料電池スタック２へと供給するための経路である。
空気排出経路６は、燃料電池スタック２から排出される未使用の空気が通る配管経路であり、空気排出経路６の下流端は燃料電池システム１００の筐体内あるいは、燃料電池システム１００の筐体外に大気開放される。 The hydrogen pressure adjusting unit 4 is provided on the path of the hydrogen supply path 1 upstream of the confluence with the unreacted hydrogen circulation path 3, and is composed of a needle valve 4a and a pressure gauge 4b. The needle valve 4a regulates the pressure of hydrogen in the hydrogen supply path 1. The pressure gauge 4b measures the hydrogen pressure in the hydrogen supply path 1 and returns the pressure information to the control unit 8, so that the opening degree of the needle valve 4a is controlled by the instruction of the control unit 8 to control the pressure in the hydrogen supply path 1. adjust.
The air supply path 5 is a path for supplying air to the fuel cell stack 2.
The air discharge path 6 is a piping path through which unused air discharged from the fuel cell stack 2 passes, and the downstream end of the air discharge path 6 is inside the housing of the fuel cell system 100 or outside the housing of the fuel cell system 100. Open to the air.

空気供給部７は、空気供給経路５の経路上に設けられており、ポンプ７ａによって構成されている。ポンプ７ａは空気を昇圧して、燃料電池スタック２へ供給する。ポンプ７ａが昇圧した空気の圧力はポンプ７ａの操作量によって、推定できるものであり、制御部８の指示でポンプ７ａの操作量の制御を実行し、空気供給経路５の圧力を調整する。 The air supply unit 7 is provided on the path of the air supply path 5, and is composed of a pump 7a. The pump 7a boosts the air and supplies it to the fuel cell stack 2. The pressure of the air boosted by the pump 7a can be estimated from the operation amount of the pump 7a, and the operation amount of the pump 7a is controlled by the instruction of the control unit 8 to adjust the pressure of the air supply path 5.

制御部８は、制御機能を有するものであればよく、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備える。演算処理部としては、ＣＰＵが例示される。記憶部としては、メモリーが例示される。 The control unit 8 may have a control function, and includes an arithmetic processing unit (not shown) and a storage unit (not shown) for storing the control program. A CPU is exemplified as the arithmetic processing unit. A memory is exemplified as a storage unit.

以上のように構成された燃料電池システム１００について、以下その動作、作用を説明する。 The operation and operation of the fuel cell system 100 configured as described above will be described below.

まず、燃料電池システム１００が発電停止中である場合について、アノードの窒素分圧の推定方法について述べる。 First, a method of estimating the nitrogen partial pressure of the anode will be described when the fuel cell system 100 is stopped in power generation.

発電停止中の微小な時間ｄｔ（ｓ）について、電解質膜２ｃを介して透過する窒素の透過量をＳ（ｃｍ３）、窒素の電解質膜２ｃにおける透過係数をλ（ｃｍ２／（Ｐａ・ｓ））、電解質膜２ｃの膜面積をＡ（ｃｍ２）、電解質膜２ｃの膜厚をＬ（ｃｍ）とする。微小な時間ｄｔ（ｓ）におけるカソード２ｂの窒素分圧Ｐｃ（ｋＰａ）、アノード２ａの窒素分圧Ｐａ（ｋＰａ）は一定であるとみなす。 For a minute time dt (s) during power generation stoppage, the permeation amount of nitrogen that permeates through the electrolyte membrane 2c is S (cm 3 ), and the permeation coefficient of nitrogen in the electrolyte membrane 2c is λ (cm 2 / (Pa · s). )), The membrane area of the electrolyte membrane 2c is A (cm 2 ), and the film thickness of the electrolyte membrane 2c is L (cm). The nitrogen partial pressure Pc (kPa) of the cathode 2b and the nitrogen partial pressure Pa (kPa) of the anode 2a at a minute time dt (s) are considered to be constant.

電解質膜２ｃを介して透過する窒素の透過量Ｓ（ｃｍ３）は以下の（数１）で表される。 The permeation amount S (cm 3 ) of nitrogen that permeates through the electrolyte membrane 2c is represented by the following (Equation 1).

Figure 0006861344
発電停止直後のアノード２ａの窒素濃度をＤ０（％）、アノード２ａの内容積と水素供給経路１における水素圧力調整部４よりも下流側の内容積と未反応水素循環経路３の内容積との合計をＷ（ｃｍ３）とする。発電停止直後のアノード２ａの窒素濃度Ｄ０（％）が自明であるとすると、発電停止直後から微小な時間ｄｔ（ｓ）だけ経過後のアノード２ａの窒素濃度Ｄ（％）は以下の（数２）で表される。
Figure 0006861344
 The nitrogen concentration of the anode 2a immediately after the power generation is stopped is D0 (%), the internal volume of the anode 2a, the internal volume on the downstream side of the hydrogen pressure adjusting unit 4 in the hydrogen supply path 1, and the internal volume of the unreacted hydrogen circulation path 3. Let the total be W (cm 3 ). Assuming that the nitrogen concentration D0 (%) of the anode 2a immediately after the power generation is stopped is self-evident, the nitrogen concentration D (%) of the anode 2a after a tiny time dt (s) has elapsed immediately after the power generation is stopped is as follows (Equation 2). ).

Figure 0006861344
発電停止直後から、燃料電池スタックの発電開始までの積算時間を発電停止時間Ｔと定義し、発電停止時間Ｔを制御部８にて算出する。
発電停止時間Ｔに到達するまで、発電停止中の任意の微小な時間ｄｔについて、（数１）と（数２）の繰り返し計算を実行することで、発電停止時間Ｔにおける電解質膜２ｃを介して透過する窒素の透過量Ｓ（ｃｍ３）を算出することができる。これによって、発電停止時間Ｔにおけるアノード２ａの窒素濃度Ｄ（％）を推定することができる。
Figure 0006861344
 The integrated time from immediately after the power generation is stopped to the start of power generation in the fuel cell stack is defined as the power generation stop time T, and the power generation stop time T is calculated by the control unit 8.
By repeating the calculations of (Equation 1) and (Equation 2) for any minute time dt during power generation stop until the power generation stop time T is reached, through the electrolyte membrane 2c at the power generation stop time T. The permeation amount S (cm 3 ) of the permeated nitrogen can be calculated. Thereby, the nitrogen concentration D (%) of the anode 2a at the power generation stop time T can be estimated.

また、発電停止時間Ｔにおいて、水素圧力調整部４で計測した圧力をＰ１（ｋＰａ）とすると、発電停止時間Ｔにおけるアノード２ａの窒素分圧Ｐａ（ｋＰａ）は以下の（数３）で表される。 Further, assuming that the pressure measured by the hydrogen pressure adjusting unit 4 in the power generation stop time T is P1 (kPa), the nitrogen partial pressure Pa (kPa) of the anode 2a in the power generation stop time T is represented by the following (Equation 3). To.

Figure 0006861344
以上から、発電停止時間Ｔにおけるアノード２ａの窒素濃度Ｄ（％）に基づいて、発電停止時間Ｔにおけるアノード２ａの窒素分圧Ｐａ（ｋＰａ）を推定することができる。
Figure 0006861344
 From the above, the nitrogen partial pressure Pa (kPa) of the anode 2a at the power generation stop time T can be estimated based on the nitrogen concentration D (%) of the anode 2a at the power generation stop time T.

次に、発電停止後に燃料電池スタック２を発電開始する場合の空気供給部７の動作時間について述べる。まずは、発電停止時間Ｔにおける、推定したアノード２ａの窒素分圧Ｐａ（ｋＰａ）よりも低くなるように、目標とするカソード２ｂの窒素分圧Ｐｃｍ（ｋＰａ）を設定する。 Next, the operating time of the air supply unit 7 when the fuel cell stack 2 starts power generation after the power generation is stopped will be described. First, the nitrogen partial pressure Pcm (kPa) of the target cathode 2b is set so as to be lower than the estimated nitrogen partial pressure Pa (kPa) of the anode 2a at the power generation stop time T.

空気供給部７によって、空気をカソード２ｂに供給した場合、空気中の窒素濃度は７９％であるので、空気供給部７にて昇圧する目標の圧力Ｐ１ｍ（ｋＰａ）は、Ｐ１ｍ＝Ｐｃｍ／０．７９（ｋＰａ）と計算できる。 When air is supplied to the cathode 2b by the air supply unit 7, the nitrogen concentration in the air is 79%. Therefore, the target pressure P1m (kPa) to be boosted by the air supply unit 7 is P1m = Pcm / 0. It can be calculated as 79 (kPa).

以上の処理を実行後、空気供給部７にて、圧力Ｐ１ｍ（ｋＰａ）まで昇圧を行い、カソード２ｂへ空気を供給し、掃気を開始する。 After executing the above processing, the air supply unit 7 boosts the pressure to P1 m (kPa), supplies air to the cathode 2b, and starts scavenging.

空気供給部７による掃気時間をｔ（ｓ）とする。掃気時間ｔ（ｓ）は（数１）を変形して、以下の（数４）で近似的に表すことができる。 Let t (s) be the scavenging time by the air supply unit 7. The scavenging time t (s) can be approximately expressed by the following (Equation 4) by modifying (Equation 1).

Figure 0006861344
アノード２ａからカソード２ｂへ透過させる窒素の透過量Ｓ（ｃｍ３）を設定することによって、掃気時間ｔ（ｓ）を算出することができる。
Figure 0006861344
 The scavenging time t (s) can be calculated by setting the permeation amount S (cm 3 ) of nitrogen permeated from the anode 2a to the cathode 2b.

アノード２ａからカソード２ｂへ透過させる窒素の透過量Ｓ（ｃｍ３）が一定である場合、アノード２ａの窒素分圧Ｐａ（ｋＰａ）とカソード２ｂの窒素分圧Ｐｃｍ（ｋＰａ）の分圧差が大きい程、掃気時間ｔ（ｓ）を短縮することが可能となる。 When the amount of nitrogen permeated S (cm 3 ) from the anode 2a to the cathode 2b is constant, the larger the difference in pressure between the nitrogen partial pressure Pa (kPa) of the anode 2a and the nitrogen partial pressure Pcm (kPa) of the cathode 2b. , The scavenging time t (s) can be shortened.

以上のように、本実施の形態においては燃料電池システム１００の構成を、水素と空気とを用いて発電を行う燃料電池スタック２と、燃料電池スタック２において、水素が供給されるアノード２ａと、燃料電池スタック２において、空気が供給されるカソード２ｂと、アノード２ａに水素を供給する水素供給経路１と、アノード２ａから排出された未反応水素を水素供給経路１へ供給する未反応水素循環経路３と、カソード２ｂに空気を供給する空気供給部７と、カソード２ｂと空気供給部７とを接続する空気供給経路５と、カソード２ｂから排出された未反応空気を排出する空気排出経路６と、制御部８とすることにより、燃料電池スタック２の発電停止中において、カソード２ｂの窒素分圧がアノード２ａの窒素分圧よりも低くなるように空気供給部７を調整する。これによって、燃料電池スタック２の電解質膜２ｃを介して、アノード２ａの窒素の少なくとも一部をカソード２ｂへ排出することとなり、水素を燃料電池システム１００外へ排出することなく、燃料電池システム１００の発電を開始することができる。 As described above, in the present embodiment, the configuration of the fuel cell system 100 includes the fuel cell stack 2 that generates power using hydrogen and air, the anode 2a to which hydrogen is supplied in the fuel cell stack 2, and the anode 2a. In the fuel cell stack 2, the cathode 2b to which air is supplied, the hydrogen supply path 1 for supplying hydrogen to the anode 2a, and the unreacted hydrogen circulation path for supplying the unreacted hydrogen discharged from the anode 2a to the hydrogen supply path 1. 3, an air supply section 7 that supplies air to the cathode 2b, an air supply path 5 that connects the cathode 2b and the air supply section 7, and an air discharge path 6 that discharges unreacted air discharged from the cathode 2b. By using the control unit 8, the air supply unit 7 is adjusted so that the nitrogen partial pressure of the cathode 2b is lower than the nitrogen partial pressure of the anode 2a while the power generation of the fuel cell stack 2 is stopped. As a result, at least a part of the nitrogen of the anode 2a is discharged to the cathode 2b through the electrolyte membrane 2c of the fuel cell stack 2, and the fuel cell system 100 does not discharge hydrogen to the outside of the fuel cell system 100. Power generation can be started.

なお、未反応水素循環経路３の経路中には、未反応水素を昇圧する循環ポンプが設けられていてもよい。 A circulation pump for boosting unreacted hydrogen may be provided in the unreacted hydrogen circulation path 3.

また、制御部８は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよく、互いに協働して、分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。
なお、燃料電池スタック２は、固体高分子型燃料電池に限らず、固体酸化物型燃料電池、燐酸型燃料電池であってもよい。 Further, the control unit 8 may be composed of a single controller that performs centralized control, or may be composed of a plurality of controllers that perform distributed control in cooperation with each other.
The fuel cell stack 2 is not limited to the polymer electrolyte fuel cell, and may be a solid oxide fuel cell or a phosphoric acid fuel cell.

なお、水素圧力調整部４は、オリフィスと、圧力計で構成されていても良い。さらに、水素圧力調整部４は、機械的に、一定に圧力を調整するガバナで構成されていても良い。（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムのブロック図を示すものである。図２において、燃料電池システム２００は、水素供給経路１と、燃料電池スタック２と、アノード２ａと、カソード２ｂと、電解質膜２ｃと、未反応水素循環経路３と、水素圧力調整部４と、空気供給経路５と、空気排出経路６と、空気供給部７と、制御部８と、窒素分圧測定器９と、を備える。 The hydrogen pressure adjusting unit 4 may be composed of an orifice and a pressure gauge. Further, the hydrogen pressure adjusting unit 4 may be composed of a governor that mechanically and constantly adjusts the pressure. (Embodiment 2)
FIG. 2 shows a block diagram of the fuel cell system according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 2, the fuel cell system 200 includes a hydrogen supply path 1, a fuel cell stack 2, an anode 2a, a cathode 2b, an electrolyte membrane 2c, an unreacted hydrogen circulation path 3, a hydrogen pressure adjusting unit 4, and the like. It includes an air supply path 5, an air discharge path 6, an air supply unit 7, a control unit 8, and a nitrogen partial pressure measuring device 9.

実施の形態１と同一の構成要素については、その説明はここでは省略する。 The same components as those in the first embodiment will be omitted here.

水素圧力調整部４はニードル弁４ａによって構成されている。ニードル弁４ａは水素供給経路１の水素を調圧する。 The hydrogen pressure adjusting unit 4 is composed of a needle valve 4a. The needle valve 4a regulates the pressure of hydrogen in the hydrogen supply path 1.

空気供給部７は、空気供給経路５の経路上に設けられており、ポンプ７ａと、流量計７ｂと、圧力計７ｃによって構成されている。ポンプ７ａは空気を昇圧して、燃料電池スタック２へ供給する。流量計７ｂは空気供給経路５の空気の流量を計測し、制御部８へ流量情報を返すことで、制御部８の指示でポンプ７ａの能力値を制御し、空気供給経路５の空気の流量を調整する。圧力計７ｃは、空気供給経路５の圧力を計測し、制御部８へ圧力情報を返すことで、制御部８の指示でポンプ７ａの操作量の制御を実行し、空気供給経路５の圧力を調整する。 The air supply unit 7 is provided on the path of the air supply path 5, and is composed of a pump 7a, a flow meter 7b, and a pressure gauge 7c. The pump 7a boosts the air and supplies it to the fuel cell stack 2. The flow meter 7b measures the flow rate of the air in the air supply path 5, returns the flow rate information to the control unit 8, controls the capacity value of the pump 7a according to the instruction of the control unit 8, and the flow rate of the air in the air supply path 5. To adjust. The pressure gauge 7c measures the pressure of the air supply path 5, returns the pressure information to the control unit 8, controls the operation amount of the pump 7a according to the instruction of the control unit 8, and measures the pressure of the air supply path 5. adjust.

窒素分圧測定器９は、水素供給経路１の経路上において、未反応水素循環経路３との合流部よりも下流側に設けられる。窒素分圧測定器９は、窒素濃度測定器９ａと圧力計９ｂによって構成されており、アノードの窒素濃度と圧力から窒素分圧を求める。 The nitrogen partial pressure measuring device 9 is provided on the path of the hydrogen supply path 1 on the downstream side of the confluence with the unreacted hydrogen circulation path 3. The nitrogen partial pressure measuring device 9 is composed of a nitrogen concentration measuring device 9a and a pressure gauge 9b, and obtains the nitrogen partial pressure from the nitrogen concentration and pressure of the anode.

以上のように構成された燃料電池システム２００について、以下その動作、作用を説明する。 The operation and operation of the fuel cell system 200 configured as described above will be described below.

まず、燃料電池システム２００が停止している場合のアノード２ａにおける、窒素分圧Ｐａについて述べる。窒素分圧測定器９で測定した窒素濃度をＣ％、窒素分圧測定器９で測定した圧力をＰ３（ｋＰａ）とする。 First, the nitrogen partial pressure Pa at the anode 2a when the fuel cell system 200 is stopped will be described. The nitrogen concentration measured by the nitrogen partial pressure measuring device 9 is C%, and the pressure measured by the nitrogen partial pressure measuring device 9 is P3 (kPa).

アノード２ａの窒素分圧Ｐａ（ｋＰａ）は以下の（数５）で求めることができる。 The nitrogen partial pressure Pa (kPa) of the anode 2a can be obtained by the following (Equation 5).

Figure 0006861344
以上から、窒素分圧測定器９で測定した窒素濃度Ｃ％、窒素分圧測定器９で測定した圧力Ｐ３（ｋＰａ）を把握することで、燃料電池システム２００が停止している場合のアノード２ａにおける窒素分圧Ｐａ（ｋＰａ）を検知することができる。
Figure 0006861344
 From the above, by grasping the nitrogen concentration C% measured by the nitrogen partial pressure measuring device 9 and the pressure P3 (kPa) measured by the nitrogen partial pressure measuring device 9, the anode 2a when the fuel cell system 200 is stopped The nitrogen partial pressure Pa (kPa) in the above can be detected.

次に、発電停止後、燃料電池スタック２を発電開始する場合の空気供給部７の動作時間について述べる。 Next, the operating time of the air supply unit 7 when the fuel cell stack 2 starts power generation after the power generation is stopped will be described.

発電停止時間Ｔにおけるアノード２ａの窒素分圧Ｐａ（ｋＰａ）と、目標とするカソード２ｂの窒素分圧Ｐｃｍ（ｋＰａ）の比較を行う。空気供給部７によって、空気をカソード２ｂに供給した場合、空気中の窒素濃度は７９％であるので、空気供給部７にて昇圧する目標の圧力をＰ１ｍ（ｋＰａ）は、Ｐ１ｍ＝Ｐｃｍ／０．７９（ｋＰａ）と計算できる。
アノード２ａの窒素分圧Ｐａ（ｋＰａ）が、カソード２ｂの窒素分圧Ｐｃｍ（ｋＰａ）よりも大きく、さらにアノード２ａの窒素分圧Ｐａ（ｋＰａ）と、カソード２ｂの窒素分圧Ｐｃｍ（ｋＰａ）の差が所定値よりも大きい場合、空気供給部７を動作させ、空気供給部７にて昇圧する圧力をＰ１ｍ（ｋＰａ）に設定し、掃気を開始する。
空気供給部７による掃気時間をｔ（ｓ）とする。 The nitrogen partial pressure Pa (kPa) of the anode 2a and the nitrogen partial pressure Pcm (kPa) of the target cathode 2b at the power generation stop time T are compared. When air is supplied to the cathode 2b by the air supply unit 7, the nitrogen concentration in the air is 79%. Therefore, the target pressure to be boosted by the air supply unit 7 is P1m (kPa), P1m = Pcm / 0. It can be calculated as .79 (kPa).
The nitrogen partial pressure Pa (kPa) of the anode 2a is larger than the nitrogen partial pressure Pcm (kPa) of the cathode 2b, and further, the nitrogen partial pressure Pa (kPa) of the anode 2a and the nitrogen partial pressure Pcm (kPa) of the cathode 2b When the difference is larger than a predetermined value, the air supply unit 7 is operated, the pressure to be boosted by the air supply unit 7 is set to P1 m (kPa), and the scavenging is started.
Let t (s) be the scavenging time by the air supply unit 7.

電解質膜２ｃを介して透過する窒素の透過量をＳ（ｃｍ３）、窒素の電解質膜２ｃにおける透過係数をλ（ｃｍ２／（Ｐａ・ｓ））、電解質膜２ｃの膜面積をＡ（ｃｍ２）、電解質膜２ｃの膜厚をＬ（ｃｍ）とする。掃気時間ｔ（ｓ）におけるカソード２ｂの窒素分圧Ｐｃ（ｋＰａ）、アノード２ａの窒素分圧Ｐａ（ｋＰａ）は一定であるとみなす。 The permeation amount of nitrogen transmitted through the electrolyte membrane 2c is S (cm3), the permeation coefficient of nitrogen in the electrolyte membrane 2c is λ (cm 2 / (Pa · s)), and the membrane area of the electrolyte membrane 2c is A (cm 2). ), The thickness of the electrolyte membrane 2c is L (cm). The nitrogen partial pressure Pc (kPa) of the cathode 2b and the nitrogen partial pressure Pa (kPa) of the anode 2a at the scavenging time t (s) are considered to be constant.

掃気が完了するまで、カソード２ｂの窒素分圧Ｐｃｍ（ｋＰａ）が一定であると仮定すると、掃気時間ｔ（ｓ）は以下の（数６）で近似的に表すことができる。 Assuming that the nitrogen partial pressure Pcm (kPa) of the cathode 2b is constant until the scavenging is completed, the scavenging time t (s) can be approximately expressed by the following (Equation 6).

Figure 0006861344
また、アノード２ａの窒素分圧Ｐａ（ｋＰａ）がカソード２ｂの窒素分圧Ｐｃｍ（ｋＰａ）よりも大きいが、アノード２ａの窒素分圧Ｐａ（ｋＰａ）とカソード２ｂの窒素分圧Ｐｃｍ（ｋＰａ）の差が所定値よりも小さい場合、あるいは、アノード２ａの窒素分圧Ｐａ（ｋＰａ）がカソード２ｂの窒素分圧Ｐｃｍ（ｋＰａ）よりも小さい場合について述べる。この場合、水素圧力調整部４を調整して、アノード２ａの窒素分圧Ｐａ（ｋＰａ）と、カソード２ｂの窒素分圧Ｐｃｍ（ｋＰａ）の差が所定値よりも大きくなるように設定する。
また、アノード２ａの窒素分圧Ｐａ（ｋＰａ）の上限については、高く設定しすぎると、アノード２ａの水素分圧も引き上げることとなり、アノード２ａ中の水素がカソード２ｂ側へ透過することとなる。（数５）で求めた窒素分圧から、アノード２ａの水素分圧を算出し、カソード２ｂへ透過する水素が所定量以下になるようにアノード２ａの窒素分圧Ｐａ（ｋＰａ）の上限を設定する。
Figure 0006861344
 Further, although the nitrogen partial pressure Pa (kPa) of the anode 2a is larger than the nitrogen partial pressure Pcm (kPa) of the cathode 2b, the nitrogen partial pressure Pa (kPa) of the anode 2a and the nitrogen partial pressure Pcm (kPa) of the cathode 2b A case where the difference is smaller than a predetermined value, or a case where the nitrogen partial pressure Pa (kPa) of the anode 2a is smaller than the nitrogen partial pressure Pcm (kPa) of the cathode 2b will be described. In this case, the hydrogen pressure adjusting unit 4 is adjusted so that the difference between the nitrogen partial pressure Pa (kPa) of the anode 2a and the nitrogen partial pressure Pcm (kPa) of the cathode 2b becomes larger than a predetermined value.
If the upper limit of the nitrogen partial pressure Pa (kPa) of the anode 2a is set too high, the hydrogen partial pressure of the anode 2a will also be raised, and the hydrogen in the anode 2a will permeate to the cathode 2b side. The hydrogen partial pressure of the anode 2a is calculated from the nitrogen partial pressure obtained in (Equation 5), and the upper limit of the nitrogen partial pressure Pa (kPa) of the anode 2a is set so that the amount of hydrogen permeating to the cathode 2b is less than a predetermined amount. To do.

上記の処理を実行後、空気供給部７にて、圧力Ｐ１ｍ（ｋＰａ）まで昇圧を行い、カソード２ｂへ空気を供給し、掃気を開始する。 After executing the above process, the air supply unit 7 boosts the pressure to P1 m (kPa), supplies air to the cathode 2b, and starts scavenging.

アノード２ａの窒素分圧Ｐａ（ｋＰａ）と、カソード２ｂの窒素分圧Ｐｃｍ（ｋＰａ）の差が所定値に到達するまで、水素圧力調整部４を調整し、アノード２ａの窒素分圧Ｐａ（ｋＰａ）の昇圧を継続する。掃気時間ｔ（ｓ）は（数６）で近似的に表すことができる。
アノード２ａの窒素分圧Ｐａ（ｋＰａ）とカソード２ｂの窒素分圧Ｐｃｍ（ｋＰａ）の差が大きい程、掃気時間ｔ（ｓ）を短縮することが可能となり、発電停止後の発電開始を行うまでの時間を短縮することができる。 The hydrogen pressure adjusting unit 4 is adjusted until the difference between the nitrogen partial pressure Pa (kPa) of the anode 2a and the nitrogen partial pressure Pcm (kPa) of the cathode 2b reaches a predetermined value, and the nitrogen partial pressure Pa (kPa) of the anode 2a is adjusted. ) Continue to boost. The scavenging time t (s) can be approximately expressed by (Equation 6).
The larger the difference between the nitrogen partial pressure Pa (kPa) of the anode 2a and the nitrogen partial pressure Pcm (kPa) of the cathode 2b, the shorter the scavenging time t (s) becomes, and until the power generation is started after the power generation is stopped. Time can be shortened.

以上のように、本実施の形態においては燃料電池システム２００の構成を、水素と空気とを用いて発電を行う燃料電池スタック２と、燃料電池スタック２において、水素が供給されるアノード２ａと、燃料電池スタック２において、空気が供給されるカソード２ｂと、アノード２ａに水素を供給する水素供給経路１と、アノード２ａから排出された未反応水素を水素供給経路１へ供給する未反応水素循環経路３と、水素供給経路１の圧力を調整する水素圧力調整部４と、カソード２ｂに空気を供給する空気供給部７と、カソード２ｂと空気供給部７とを接続する空気供給経路５と、カソード２ｂから排出された未反応空気を排出する空気排出経路６と、制御部８とすることにより、燃料電池スタック２の発電停止中に、アノード２ａの窒素分圧がカソード２ｂの窒素分圧よりも高くなるように水素圧力調整部４を調整する。これによって、燃料電池スタック２の電解質膜２ｃを介して、燃料電池スタック２のアノード２ａの窒素の少なくとも一部をカソード２ｂへ排出することとなり、水素を燃料電池システム２００外へ排出することなく、燃料電池システム２００の発電を開始することができる。 As described above, in the present embodiment, the configuration of the fuel cell system 200 includes a fuel cell stack 2 that generates power using hydrogen and air, and an anode 2a to which hydrogen is supplied in the fuel cell stack 2. In the fuel cell stack 2, the cathode 2b to which air is supplied, the hydrogen supply path 1 for supplying hydrogen to the anode 2a, and the unreacted hydrogen circulation path for supplying unreacted hydrogen discharged from the anode 2a to the hydrogen supply path 1. 3, the hydrogen pressure adjusting unit 4 that adjusts the pressure of the hydrogen supply path 1, the air supply unit 7 that supplies air to the cathode 2b, the air supply path 5 that connects the cathode 2b and the air supply unit 7, and the cathode. By using the air discharge path 6 for discharging the unreacted air discharged from 2b and the control unit 8, the nitrogen partial pressure of the anode 2a is higher than that of the cathode 2b while the power generation of the fuel cell stack 2 is stopped. The hydrogen pressure adjusting unit 4 is adjusted so as to be higher. As a result, at least a part of the nitrogen of the anode 2a of the fuel cell stack 2 is discharged to the cathode 2b via the electrolyte membrane 2c of the fuel cell stack 2, and hydrogen is not discharged to the outside of the fuel cell system 200. The power generation of the fuel cell system 200 can be started.

なお、窒素分圧測定器９は、水素の分圧を測定する水素分圧測定器であってもよい。さらに、窒素分圧測定器９は、水素の濃度を測定する水素濃度計であってもよい。なお、窒素分圧測定器９は、未反応水素循環経路３の経路中に設けられていても良い。また、燃料電池スタック２は、固体高分子型燃料電池に限らず、固体酸化物型燃料電池、燐酸型燃料電池であってもよい。 The nitrogen partial pressure measuring device 9 may be a hydrogen partial pressure measuring device that measures the partial pressure of hydrogen. Further, the nitrogen partial pressure measuring device 9 may be a hydrogen concentration meter that measures the concentration of hydrogen. The nitrogen partial pressure measuring device 9 may be provided in the path of the unreacted hydrogen circulation path 3. Further, the fuel cell stack 2 is not limited to the polymer electrolyte fuel cell, and may be a solid oxide fuel cell or a phosphoric acid fuel cell.

以上のように、本発明にかかる燃料電池システムは、発電停止中にカソードとアノードの窒素分圧差を調整することにより、アノードの窒素をスタックの電解質膜を介してカソードへ排出した後に発電を開始することが可能となるので、燃料である水素を燃料電池システム外へ排出することがなく、窒素を選択的に排出できる燃料電池システムとして有用であり、燃料電池システムの小型化と低コスト化等の用途にも適用できる。 As described above, the fuel cell system according to the present invention starts power generation after discharging the anode nitrogen to the cathode through the electrolyte membrane of the stack by adjusting the nitrogen partial pressure difference between the cathode and the anode while the power generation is stopped. It is useful as a fuel cell system that can selectively discharge nitrogen without discharging hydrogen, which is a fuel, to the outside of the fuel cell system. It can also be applied to the applications of.

１ 水素供給経路
２ 燃料電池スタック
２ａ アノード
２ｂ カソード
２ｃ 電解質膜
３ 未反応水素循環経路
４ 水素圧力調整部
４ａ ニードル弁
４ｂ 圧力計
５ 空気供給経路
６ 空気排出経路
７ 空気供給部
７ａ ポンプ
７ｂ 流量計
７ｃ 圧力計
８ 制御部
９ 窒素分圧測定器
９ａ 窒素濃度測定器
９ｂ 圧力計
１０ パージ弁
１１ 希釈流量調整弁
１２ 希釈器
１３ 希釈ガス排出経路
１４ 希釈ガス導入経路
１５ 燃料ガス供給経路
１６ 未反応燃料ガス循環経路
１７ 酸化剤ガス供給経路
１８ 酸化剤ガス排出経路
１９ 酸化剤ガス供給部
２０ 燃料ガス供給源
１００ 燃料電池システム
２００ 燃料電池システム
３００ 燃料電池システム 1 Hydrogen supply path 2 Fuel cell stack 2a Anode 2b Cathode 2c Electrolyte membrane 3 Unreacted hydrogen circulation path 4 Hydrogen pressure regulator 4a Needle valve 4b Pressure gauge 5 Air supply path 6 Air discharge path 7 Air supply section 7a Pump 7b Flow meter 7c Pressure gauge 8 Control unit 9 Nitrogen partial pressure measuring instrument 9a Nitrogen concentration measuring instrument 9b Pressure gauge 10 Purge valve 11 Diluting flow rate adjusting valve 12 Diluting device 13 Diluting gas discharge route 14 Diluting gas introduction route 15 Fuel gas supply route 16 Unreacted fuel gas Circulation route 17 Oxidizing agent gas supply route 18 Oxidizing agent gas discharge route 19 Oxidizing agent gas supply unit 20 Fuel gas supply source 100 Fuel cell system 200 Fuel cell system 300 Fuel cell system

Claims (2)

燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックにおいて、前記燃料ガスが供給されるアノードと、
前記燃料電池スタックにおいて、前記酸化剤ガスが供給されるカソードと、
前記アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス供給経路と、
前記アノードから排出された未反応燃料ガスを前記燃料ガス供給経路へ供給する未反応燃料ガス循環経路と、
前記カソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、
前記カソードと前記酸化剤ガス供給部とを接続する酸化剤ガス供給経路と、
前記カソードから排出された未反応酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出経路と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、前記燃料電池スタックの発電停止後に発電を開始する場合は、前記カソードの窒素分圧が前記アノードの窒素分圧よりも低くなるように前記酸化剤ガス供給部から前記カソードに前記酸化剤ガスを供給して掃気することによって、前記燃料電池スタックの電解質膜を介して、前記アノードの窒素の少なくとも一部を前記カソードへ排出した後、発電を開始する、
燃料電池システム。 A fuel cell stack that uses fuel gas and oxidant gas to generate electricity,
In the fuel cell stack, the anode to which the fuel gas is supplied and
In the fuel cell stack, the cathode to which the oxidant gas is supplied and
A fuel gas supply path for supplying fuel gas to the anode and
An unreacted fuel gas circulation path for supplying the unreacted fuel gas discharged from the anode to the fuel gas supply path, and an unreacted fuel gas circulation path.
An oxidant gas supply unit that supplies the oxidant gas to the cathode,
An oxidant gas supply path connecting the cathode and the oxidant gas supply unit,
An oxidant gas discharge path for discharging the unreacted oxidant gas discharged from the cathode, and
With a control unit
When the control unit starts power generation after the power generation of the fuel cell stack is stopped , the oxidant gas supply unit sends the cathode to the cathode so that the nitrogen partial pressure of the cathode becomes lower than the nitrogen partial pressure of the anode. By supplying an oxidant gas and sweeping air , at least a part of the nitrogen of the anode is discharged to the cathode through the electrolyte membrane of the fuel cell stack, and then power generation is started.
Fuel cell system. 前記燃料ガス供給経路に燃料ガス圧力調整部を備え、前記制御部は、前記燃料電池スタックの発電停止中に、前記アノードの窒素分圧が前記カソードの窒素分圧よりも高くなるように前記燃料ガス圧力調整部を調整した後、発電を開始する、請求項１記載の燃料電池システム。 The fuel gas supply path is provided with a fuel gas pressure adjusting unit, and the control unit provides the fuel so that the nitrogen partial pressure of the anode becomes higher than the nitrogen partial pressure of the cathode while the power generation of the fuel cell stack is stopped. The fuel cell system according to claim 1, wherein power generation is started after adjusting the gas pressure adjusting unit.
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