JP7151644B2 - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法に関する。

例えば、下記の特許文献１には、燃料電池から排出される排ガスを気液分離器によって気体成分と液体成分とに分離し、気体成分を燃料電池に循環させ、液体成分を液水として気液分離器内に貯留した後に排出する燃料電池システムが開示されている。

特開２００９－１０４９６６号公報

上記のような気液分離器を用いて排ガスを燃料電池に循環させて再利用する燃料電池システムでは、その運転終了後に、気液分離器の内壁面に水滴が付着して残留してしまう場合があった。気液分離器内に、そうした水滴が残留したまま燃料電池システムの運転が終了されると、氷点下などの低温環境下では、その水滴が、気液分離器内で凍結したり、気液分離器からの排水経路に設けられた排水弁に移動して凍結したりする場合がある。気液分離器内で凍結した水滴は、気液分離器における貯水量の把握を困難にする原因となる。また、排水弁の凍結は、気液分離器からの排水を阻害する原因となる。これまで、こうした気液分離器内において内壁面に付着して残留する水滴は、燃料電池システムの運転終了時に掃気処理を実行したとしても十分に低減させることができなかった。

本開示の技術は、以下の形態として実現することが可能である。

（１）第１の形態は、燃料電池システムとして提供される。この形態の燃料電池システムは、反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、前記燃料電池に接続され、前記燃料電池の排ガスを液体成分と気体成分とに分離して、前記液体成分の液水を貯留する気液分離器と、前記気液分離器に接続され、前記気液分離器の前記気体成分を前記燃料電池へと循環させる循環経路を構成する循環配管と、前記気液分離器に接続され、前記液水を前記気液分離器から排出させる排水管と、前記排水管を開閉する排水弁と、前記燃料電池に対する前記反応ガスの供給を制御し、前記燃料電池システムの運転終了の際に、前記排ガスの前記気体成分を掃気ガスとして循環させて掃気する終了時掃気処理を実行する制御部と、を備える。前記制御部は、前記気液分離器の貯水量に対応付けて予め決められた開弁条件が満たされたときに、前記排水弁を開弁して、前記気液分離器から前記液水を排出させる排水弁制御を実行し、前記終了時掃気処理では、前記排水弁が開弁されるときの前記気液分離器の貯水量が前記燃料電池システムの通常運転の実行中に前記排水弁が開弁されるときよりも多くなるように設定された前記開弁条件を用いて前記排水弁制御を実行する。
この形態の燃料電池システムによれば、終了時掃気処理の際には、排水弁が開弁されるときの気液分離器における液水の水位が高くなるため、気液分離器内の壁面に付着する水滴が付着したままになる領域を低減できる。よって、燃料電池システムの運転終了時に、気液分離器内において内壁面に付着して残留する水滴を低減させることができ、低温環境下での燃料電池システムの再起動時に、気液分離器内に残留している水分の凍結によって不具合が生じることを抑制できる。
（２）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記気液分離器の貯水量を取得し、前記燃料電池システムの通常運転の実行中における前記排水弁制御では、前記気液分離器の貯水量が予め定められた第１閾値より大きくなったときに前記開弁条件が満たされたものとして前記排水弁を開弁し、前記終了時掃気処理の実行時の前記排水弁制御では、前記気液分離器の貯水量が前記第１閾値より大きい値に設定された第２閾値よりも大きくなったときに前記開弁条件が満たされたものとして前記排水弁を開弁してよい。
この形態の燃料電池システムによれば、気液分離器における貯水量の判定により、気液分離器からの排水を、気液分離器における貯水量に応じた適切なタイミングで開始することができる。
（３）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記終了時掃気処理において、掃気を開始する前に、前記掃気ガスの流量を決定し、決定した前記掃気ガスの流量に応じた前記開弁条件を設定してよい。
この形態の燃料電池システムによれば、開弁条件の設定により、終了時掃気処理の実行中に、排水弁の開弁時における気液分離器内の液水の水位を掃気ガスの流量に応じて変更することができる。よって、掃気ガスの流量が変更された場合でも、ポンプの吸引によって、気液分離器から液水が巻き上げられないようにすることができる。
（４）上記形態の燃料電池システムは、さらに、前記気液分離器の内部に、前記液水を透過するフィルターを備え、前記フィルターは、前記気液分離器の内部空間を、前記フィルターより上側の第１領域と、前記フィルターより下側の第２領域と、に仕切るように配置されており、前記制御部は、前記燃料電池システムの通常運転の実行中には、前記気液分離器内での前記液水の水位が前記第２領域にあるときに前記排水弁が開弁されるように定められた第１開弁条件を前記開弁条件として用いて前記排水弁制御を実行し、前記終了時掃気処理では、前記気液分離器内での前記液水の水位が前記第１領域にあるときに前記排水弁が開弁されるように定められた第２開弁条件を前記開弁条件として用いて前記排水弁制御を実行してよい。
この形態の燃料電池システムによれば、フィルターによって、液水に混入した異物が排水弁に到達することを抑制でき、異物による排水弁の故障を抑制できる。また、終了時掃気処理において気液分離器からの排水が完了した後に、フィルターに水分が付着したままになることを抑制でき、低温環境下での燃料電池システムの再起動時に、残留水分の凍結によるフィルターの目詰まりの発生を抑制できる。
本開示の技術は、燃料電池システム以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池システムを搭載する車両、燃料電池システムや燃料電池車両の制御方法、燃料電池システムや燃料電池車両における排水方法あるいは掃気方法、それらの方法を実現する制御装置やコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体等の形態で実現することができる。

燃料電池システムの構成を示す概略図。 気液分離器の構成を示す概略断面図。 第１実施形態における終了時掃気処理のフローを示す説明図。 第２実施形態の気液分離器の構成を示す概略図。 第３実施形態における終了時掃気処理のフローを示す説明図。 第３実施形態における処理条件決定処理のフローを示す説明図。 第３実施形態における開弁条件の決定に用いられるマップの一例を示す説明図。 第４実施形態における開弁条件の決定に用いられるマップの一例を示す説明図。

１．第１実施形態：
図１は、第１実施形態における燃料電池システム１００の構成を示す概略図である。燃料電池システム１００は、例えば、車両に搭載され、駆動力を発生させる駆動モータや、車両で用いられる補機に電力を供給する。なお、他の実施形態では、燃料電池システム１００は、車両以外の船舶などの移動体に搭載されてもよいし、建物等の発電設備として定置されてもよい。

燃料電池システム１００は、反応ガスである燃料ガスと酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池１０を備える。燃料電池１０は、例えば、固体高分子形燃料電池によって構成され、燃料ガスである水素と酸化剤ガスである酸素の電気化学反応によって発電する。燃料電池１０は、複数の単セル１１が積層されたスタック構造を有する。各単セル１１は、それぞれが単体でも発電可能な発電要素であり、電解質膜の両面に電極を配置した発電体である膜電極接合体と、膜電極接合体を挟む２枚のセパレータと、を有する。電解質膜は、内部に水分を包含した湿潤状態のときに良好なプロトン伝導性を示す固体高分子薄膜によって構成される。

燃料電池システム１００は、さらに、燃料電池１０に対する反応ガスの供給および排ガスの排出を行うための構成部として、ガス供給部２０と、ガス循環部３０と、ガス給排部４０と、を備える。ガス供給部２０およびガス循環部３０は燃料電池１０のアノードに供給される燃料ガスの制御を担い、ガス給排部４０は燃料電池１０のカソードに供給される酸化剤ガスの制御を担う。

ガス供給部２０は、燃料電池１０のアノードに燃料ガスを供給する。ガス供給部２０は、高圧の燃料ガスを貯蔵するタンク２１と、タンク２１と燃料電池１０のアノード入口とを接続する燃料ガス配管２２と、主止弁２３と、レギュレータ２４と、供給装置２５と、を備える。主止弁２３とレギュレータ２４と供給装置２５は、燃料ガス配管２２に、タンク２１側である上流側からこの順で設けられている。主止弁２３は、電磁弁によって構成され、制御部５０の制御下において燃料ガス配管２２を開閉して、タンク２１からの燃料ガスの流出を制御する。レギュレータ２４は、減圧弁であり、供給装置２５の上流側における燃料ガス配管２２内の圧力を調整する。供給装置２５は、周期的に開閉駆動することによって燃料電池１０に燃料ガスを送り出す。供給装置２５は、例えば、設定された駆動周期で開閉する電磁駆動式の開閉弁であるインジェクタによって構成される。供給装置２５の駆動周期は、制御部５０によって制御される。

ガス循環部３０は、燃料電池１０のアノードから排出される排ガスに含まれる燃料ガスを燃料電池１０に循環させる機能と、排ガスに含まれる不活性ガスや排水を燃料電池システム１００の外部に排出させる機能と、を有する。ガス循環部３０は、排ガス配管３１と、気液分離器３２と、循環配管３３と、ポンプ３４と、排水管３５と、排水弁３６と、を備える。

排ガス配管３１は、燃料電池１０のアノード出口と気液分離器３２とに接続されている。排ガス配管３１は、アノードで発電に用いられることのなかった燃料ガスや、不活性ガスなどの気体成分と、水蒸気や液水などの液体成分を含むアノード側の排ガスを気液分離器３２へと導く。なお、本明細書では、排ガスの「液体成分」は、液水の状態にあるものに限らず、状態変化によって液水の状態になる水蒸気などの気体状態の成分も含む概念の用語として用いている。これは、排ガス中の水蒸気には気液分離器３２内において凝縮されて液水となるものがあるためである。他の実施形態では、排ガス配管３１が省略され、気液分離器３２が燃料電池１０のアノード出口に直接的に接続される構成が採用されてもよい。

気液分離器３２は、排ガス配管３１を通じて流入した排ガスに含まれる液体成分と気体成分とを分離し、液体成分を液水の状態で貯留する。なお、排ガスの液体成分は、気体の状態にある水分と、液水の状態にある水分の両方を含む。また、気液分離器３２に貯留される液水には、気体の状態にある水分が気液分離器３２内で凝縮したものと、液水の状態で気液分離器３２に流入したものとが含まれる。気液分離器３２の構成および気液分離器３２内での排ガスの気液分離のメカニズムについては後述する。

循環配管３３は、気液分離器３２に接続されており、気液分離器３２で分離された気体成分を燃料電池１０のアノードへと循環させる循環経路を構成する。本実施形態では、循環配管３３は、気液分離器３２と燃料ガス配管２２の供給装置２５より下流側の部位とを接続している。循環配管３３には、ポンプ３４が設けられている。ポンプ３４は、制御部５０の制御下において、気液分離器３２内の気体成分を燃料電池１０へと送り出す圧力を発生する。

排水管３５は、気液分離器３２に接続され、気液分離器３２に貯留された液水や、排ガスに含まれていた不活性ガスを気液分離器３２の外部へと導き排出させる。排水管３５には、制御部５０の制御下において排水管３５を開閉する排水弁３６が設けられている。燃料電池システム１００では、排水弁３６が閉弁されている間に、気液分離器３２内に液水が貯留され、排水弁３６が開弁されたときに、当該液水が、排水として、排水管３５を通じて燃料電池システム１００の外部へと排出される。排水管３５の下流端は、ガス給排部４０の排出配管４６に接続されていてもよい。

ガス給排部４０は、酸化剤ガスを燃料電池１０のカソードに供給する機能と、燃料電池１０のカソードから排出される排ガスを燃料電池システム１００の外部に排出させる機能と、を有する。第１実施形態では、外気に含まれる酸素が酸化剤ガスとして燃料電池１０に供給される。ガス給排部４０は、供給配管４１と、コンプレッサ４２と、開閉弁４３と、排出配管４６と、調圧弁４８とを備える。

供給配管４１は、一端が外気に連通しており、他端が燃料電池１０のカソード入口に接続されている。コンプレッサ４２は、供給配管４１の一端から取り込まれた外気を圧縮して、供給配管４１の他端側に設けられた開閉弁４３の方へと送り出す。開閉弁４３は、通常は閉じた状態であり、コンプレッサ４２から送り出された圧縮ガスの圧力によって開弁し、燃料電池１０のカソードへの圧縮ガスの流入を許容する。

排出配管４６は、燃料電池１０のカソード出口に接続されており、燃料電池１０のカソードから排出された排ガスを燃料電池システム１００の外部へと導く。調圧弁４８は、排出配管４６に設けられており、燃料電池１０のカソード側の背圧を調整する。

燃料電池システム１００は、さらに、燃料電池システム１００の運転を制御する制御部５０を備える。制御部５０は、少なくとも１つのプロセッサと主記憶装置とを備えるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）によって構成される。制御部５０は、プロセッサが主記憶装置上に読み込んだプログラムや命令を実行することによって、燃料電池システム１００の運転を制御するための種々の機能を発揮する。制御部５０の機能の少なくとも一部は、ハードウェア回路によって構成されてもよい。

制御部５０は、燃料電池１０の発電を制御する。また、制御部５０は、上述したガス供給部２０、ガス循環部３０、及び、ガス給排部４０を制御して、燃料電池１０に対する反応ガスの供給や燃料電池システム１００からの排ガスの排出を制御する。制御部５０は、供給装置２５の駆動周期と、ポンプ３４の回転数と、を制御して、燃料電池１０に対する燃料ガスの供給量と供給圧力とを制御する。また、制御部５０は、コンプレッサ４２の回転数を制御して、燃料電池１０に対する酸化剤ガスの供給量を制御し、調圧弁４８の開度を制御して、燃料電池１０のカソード側の圧力を調整する。

制御部５０は、燃料電池システム１００の駆動中に、ガス循環部３０における排水弁３６の開閉を制御して排水弁制御を実行する。排水弁制御は、通常、排水弁３６を閉弁したままにし、予め決められた開弁条件が満たされたときに、排水弁３６を開いて、気液分離器３２から液水を排出させる制御である。開弁条件は、気液分離器３２の貯水量に関連して定められる条件である。第１実施形態での排水弁３６の開弁条件が満たされるのは、気液分離器３２における貯水量が予め決められた閾値より大きくなったときである。第１実施形態では、制御部５０は、気液分離器３２における貯水量の推定値を算出し、その推定値を用いて、前記の開弁条件が満たされているか否かの判定を行う。気液分離器３２における貯水量は、燃料電池１０の発電量や含水量、水温、反応ガスの水蒸気分圧等のパラメータを用いて、既知の関数式やマップを用いることにより、推定することが可能である。

制御部５０は、燃料電池システム１００の通常運転の実行中や、後述する終了時掃気処理の実行中などに、この排水弁制御を実行する。「燃料電池システム１００の通常運転」とは、燃料電池１０にガス供給部２０、ガス循環部３０およびガス給排部４０から反応ガスを供給させて、燃料電池１０に目標発電量の発電をさせる運転を意味する。燃料電池システム１００の通常運転の実行中の期間には、例えば、暖機運転の期間や後述する掃気処理の実行期間など、燃料電池システム１００を停止させることなく、所定の一時的な処理を実行するために燃料電池１０の目標発電量の発電を中止している期間も含まれる。なお、燃料電池システム１００の通常運転の実行中には、制御部５０は、排水弁制御によって排水弁３６を開弁した後、気液分離器３２からの液水の排出や予め定められた量の不活性ガスの排出が完了したことが見込まれるタイミングで排水弁３６を閉じる。このタイミングは、例えば、排水弁３６を開弁するときにおける気液分離器３２の貯水量に基づいて定められてもよい。

制御部５０は、燃料電池システム１００の通常運転において、予め定められた実行条件が満たされたときに、燃料電池システム１００内を掃気する掃気処理を実行する。制御部５０は、掃気処理を、例えば、燃料電池１０の含水量の推定値が予め定められた閾値を超えたときや、生成水によるガス流路の閉塞が検出されたとき、掃気を指令するスイッチ操作によるユーザからの指令を検出したときなどに実行する。

掃気処理では、制御部５０は、供給装置２５の駆動を停止させた状態で、ポンプ３４を駆動させて、気液分離器３２で分離された排ガスの気体成分を掃気ガスとして、ガス循環部３０と燃料電池１０との間で循環させる。この排ガスの気体成分の循環によって、燃料電池１０内の流路を含む燃料ガスの流路が掃気される。掃気処理では、制御部５０は、燃料電池１０のアノード側のガス流路に対する掃気に加えて、コンプレッサ４２を駆動させることによって、外気を用いて、燃料電池１０内の流路を含む酸化剤ガスの流路を掃気してもよい。

制御部５０は、掃気処理の実行時にも、上述した排水弁制御を実行する。これにより、開弁条件が満たされたときに、掃気ガスによって気液分離器３２に導かれて貯留された液水が気液分離器３２から排出される。制御部５０は、掃気処理の際の排水弁制御においても、上述したのと同様な方法により算出される貯水量の推定値を用いて、排水弁３６を開弁するか否かの判定を行う。なお、掃気処理の実行中における貯水量の推定値の算出には、掃気ガスに含まれる反応ガス成分による燃料電池１０の発電量が用いられる。

燃料電池システム１００では、制御部５０は、上記の燃料電池システム１００の通常運転において実行される掃気処理に加えて、燃料電池システム１００の運転終了の際に、終了時掃気処理を実行する。「燃料電池システム１００の運転終了の際」とは、ユーザや制御部５０の指令により、燃料電池システム１００の運転の終了準備を開始するときを意味し、燃料電池システム１００が運転を完全に終了する前の段階を意味する。「燃料電池システム１００の運転終了の際」には、例えば、燃料電池システム１００の運転終了後の休止期間に、制御部５０が、プログラムに従って自動的に燃料電池システム１００を起動させた後、燃料電池システム１００の運転を再び終了させるときも含まれる。

終了時掃気処理では、上述した燃料電池１０の通常運転の際の掃気処理と同様に、ポンプ３４の駆動によって排ガスの気体成分を掃気ガスとして循環させることによる燃料ガスの流路の掃気が実行される。終了時掃気処理においても、コンプレッサ４２を駆動させることによる酸化剤ガスの流路の掃気が実行されてもよい。また、終了時掃気処理においても、上述した排水弁制御が実行される。ただし、終了時掃気処理での排水弁制御では、気液分離器３２内の水分残留を抑制するために、燃料電池システム１００の通常運転の実行中のときとは異なる開弁条件が用いられる。終了時掃気処理の詳細な内容については後述する。

図２は、気液分離器３２の構成の一例を示す概略断面図である。気液分離器３２の本体部は、排ガスを内部に導入可能な内部空間６１を有する容器６０によって構成されている。気液分離器３２は、排ガス配管３１に接続されている排ガス入口６２と、循環配管３３に接続されている循環ガス出口６３と、排水管３５に接続されている排水出口６４と、を有する。

気液分離器３２は、通常、燃料電池システム１００において、排ガス入口６２と循環ガス出口６３とが内部空間６１の重力方向上側の領域に位置し、排水出口６４が内部空間６１の重力方向下側の領域に位置するように配置される。以下の気液分離器３２に関する説明において、「上」、「下」、「水平方向」、「高さ方向」と言うときは、上記の気液分離器３２の配置姿勢での重力方向を基準とした方向を意味している。

気液分離器３２の内部空間６１は、水平方向における幅が最も大きく、空間体積が最も大きい主領域６１Ｍと、主領域６１Ｍから重力方向上側に局所的に突出している上方領域６１Ｕと、主領域６１Ｍから局所的に下方に突出している下方領域６１Ｌと、を有する。排ガス入口６２は、上方領域６１Ｕにおいて開口しており、循環ガス出口６３は、主領域６１Ｍの上端において開口しており、排水出口６４は、下方領域６１Ｌにおいて開口している。排ガス入口６２と循環ガス出口６３とは、水平方向において互いに反対側に寄った位置に設けられている。なお、気液分離器３２内には、気液分離を促進するための羽根などの構造物が設けられていてもよい。

気液分離器３２は、内部空間６１において排ガス入口６２に対向する対向内壁面６５を有する。対向内壁面６５は、内部空間６１の上方領域６１Ｕを画定する内壁面の一部を構成する。排ガス配管３１に導かれ、排ガス入口６２を通じて気液分離器３２に流入した排ガスは、破線矢印で示すように、対向内壁面６５に向かって流れ、対向内壁面６５に衝突する。排ガスの気体成分は、対向内壁面６５への衝突により拡散し、上方領域６１Ｕから流路抵抗の小さい主領域６１Ｍへと流れて循環ガス出口６３を通じて循環配管３３へと流れる。排ガスに含まれる多くの液体成分は、対向内壁面６５に衝突して液水の状態で、水滴ＷＤとして付着する。また、排ガスに含まれる液体成分の水滴ＷＤは、対向内壁面６５以外の内壁面にも付着する。こうした水滴ＷＤは、対向内壁面６５との衝突の際に生じた液水の飛沫や、気液分離器３２の内壁面に接触した際に凝縮した液水によって生じる。対向内壁面６５や、対向内壁面６５以外の内部空間６１の内壁面に付着した水滴ＷＤが集まると、重力によって下方領域６１Ｌを含む内部空間６１の下方領域へと誘導されて貯留される。ただし、水滴ＷＤには、内壁面に付着したまま残留するものも多く存在する。

なお、気液分離器３２は、内部空間６１に貯留された液水ＬＳが、排水弁３６を開いた後に残留することを抑制するために、内部空間６１の下端の下方領域６１Ｌに液水ＬＳが集まりやすいように構成されている。下方領域６１Ｌの水平方向における幅は、主領域６１Ｍより小さい。これにより、気液分離器３２が傾斜したり振動したりしたときの下方領域６１Ｌに貯水された液水ＬＳの水面の揺動を抑制でき、下方領域６１Ｌに貯水された液水ＬＳがはねて、循環ガス出口６３を通じて循環配管３３に入り込んでしまうことを抑制できる。

図３は、第１実施形態における終了時掃気処理のフローを示す説明図である。制御部５０は、ユーザによる燃料電池システム１００の運転終了の指令を検出したときに、終了時掃気処理の実行を開始する。また、制御部５０は、燃料電池システム１００の運転を終了させる予め定められたタイミングに到達したときに終了時掃気処理の実行を開始する。

ステップＳ１０では、制御部５０は、掃気の実行開始条件が満たされているか否かを判定する。第１実施形態では、掃気の実行開始条件が満たされるのは、図示しない温度センサなどの温度取得手段によって計測した外気温が予め定められた閾値温度より低いときである。閾値温度は、例えば、１０℃以下の値でよい。制御部５０は、外気温が閾値温度より低い場合には、掃気の実行のためのステップＳ２０以降の処理を実行する。これは、外気温が閾値温度より低い低温環境下において、燃料電池システム１００内のガス流路に水分が残留して凍結することによって、次回の燃料電池システム１００の起動が困難になることを抑制するためである。一方、制御部５０は、外気温が閾値温度より高い場合には、掃気を実行することなく、終了時掃気処理を終了する。これによって、燃料電池システム１００内のガス流路に残留している水分が凍結する可能性が低い場合には掃気が実行されないため、燃料電池システム１００の運転をより短期間で終了させることができる。

なお、ステップＳ１０での掃気の実行開始条件は上記のような外気温に基づく条件には限定されない。ステップＳ１０で掃気の実行開始条件が満たされるのは、例えば、燃料電池１０の含水量が所定の閾値量を超えるときであるとしてもよい。また、ステップＳ１０で掃気の実行開始条件が満たされるのは、ユーザが掃気の実行を予め設定している場合であるとしてもよい。あるいは、掃気の実行開始条件が満たされるのは、カレンダー情報に基づいて、現在が冬季に該当すると判定された場合であるとしてもよい。

ステップＳ２０では、制御部５０は、排水弁制御における開弁条件を、燃料電池システム１００の通常運転時に用いていた開弁条件から変更する。上述したように、終了時掃気処理では、排水弁制御が実行される。後述するステップＳ４０，Ｓ７０が排水弁制御の工程に相当する。上述したように、第１実施形態の排水弁制御では、制御部５０は、気液分離器３２における貯水量が予め定められた閾値より大きいときに排水弁３６が開弁される。ステップＳ２０では、排水弁３６が開弁されるときの気液分離器３２における貯水量が燃料電池システム１００の通常運転の実行中に排水弁３６が開弁されるときの貯水量よりも多くなるように開弁条件が変更される。より具体的には、ステップＳ２０では、開弁条件の閾値が、第１閾値Ｔｈａから、第１閾値Ｔｈａより大きい第２閾値Ｔｈｂに変更される。第１閾値Ｔｈａおよび第２閾値Ｔｈｂは、気液分離器３２における液水ＬＳの貯水量を表す値である。第１閾値Ｔｈａは、燃料電池システム１００の通常運転の実行中における排水弁制御での開弁条件として予め設定される閾値である。

図２を参照する。図２には、第１閾値Ｔｈａに相当する貯水量の液水ＬＳが貯留されたときの水位の一例を第１水位レベルＬＶ１として図示してあり、第２閾値Ｔｈｂに相当する貯水量の液水ＬＳが貯留されたときの水位の一例を第２水位レベルＬＶ２として図示してある。

燃料電池システム１００の通常運転の実行中の排水弁制御では、制御部５０は、気液分離器３２における貯水量が第１閾値Ｔｈａより大きくなったときに排水弁３６を開弁する。第１閾値Ｔｈａは、例えば、気液分離器３２が傾斜しない状態で配置されている予め定められた基準姿勢において、液水ＬＳの水面が、下方領域６１Ｌの上端、あるいは、下方領域６１Ｌの上端に寄った位置に位置する程度の貯水量に相当する値に設定される。「下方領域６１Ｌの上端に寄った位置」とは、高さ方向において、下方領域６１Ｌの下端よりも上端に近い位置を意味する。第１閾値Ｔｈａは、気液分離器３２の容積の５～２０％に相当する体積の貯水量に相当する値に設定されてよい。図２には、第１閾値Ｔｈａに相当する貯水量の液水ＬＳが貯留されたときの水位を、第１水位レベルＬＶ１として例示してある。第１閾値Ｔｈａが、そうした小さい値に設定されることによって、燃料電池システム１００の通常運転のときには、気液分離器３２における液水ＬＳの水位が高くなりすぎる前に、排水弁３６を開弁させて、液水ＬＳを気液分離器３２から排出させることができる。よって、燃料電池システム１００の通常運転の実行中に、気液分離器３２の配置角度が変動するような場合でも、貯留された液水ＬＳが循環ガス出口６３を通じて循環配管３３に進入することが抑制される。

終了時掃気処理では、上記の第１閾値Ｔｈａの代わりに第２閾値Ｔｈｂが用いられる。第２閾値Ｔｈｂは、例えば、気液分離器３２が傾斜しない状態で配置されている基準姿勢において、液水ＬＳの水面が、主領域６１Ｍの高さ方向における中央、あるいは、中央に寄った位置に位置する貯水量に相当する値に設定される。「中央に寄った位置」とは、主領域６１Ｍの高さ方向における上端および下端よりも中央に近い位置を意味する。第２閾値Ｔｈｂは、気液分離器３２の容積の３０～７０％に相当する体積の貯水量に相当する値に設定されてよい。第２閾値Ｔｈｂは、気液分離器３２の貯水量が、ポンプ３４の吸引力によって液水ＬＳが循環ガス出口６３へと進入しない程度の量に収まるように設定されることが望ましい。

ステップＳ２０において開弁条件を第１閾値Ｔｈａから第２閾値Ｔｈｂに変更する理由については後述する。なお、第１実施形態の排水弁制御では、上記のように、第１閾値Ｔｈａや第２閾値Ｔｈｂのように、気液分離器３２における貯水量を表す閾値を用いた開弁条件によって、気液分離器３２の開弁タイミングが決定されている。これにより、気液分離器３２の貯水量が排水すべき量に到達した適切なタイミングで、気液分離器３２からの排水を実行することができる。

図３を参照する。ステップＳ３０では、制御部５０は掃気を開始する。制御部５０は、供給装置２５を停止させた状態で、ポンプ３４を所定の回転数で駆動させる。ステップＳ４０では、制御部５０は、排水弁３６の開弁条件が満たされているか否かを判定する。制御部５０は、気液分離器３２における貯水量が第２閾値Ｔｈｂより小さい場合には、開弁条件が満たされないものとして、ステップＳ５０において、掃気の完了条件が満たされるか否かを判定する。第１実施形態では、掃気の完了条件が満たされるのは、掃気が予め定められた閾値時間だけ継続されたときである。制御部５０は、掃気の完了条件が満たされていない場合には、掃気を継続して、ステップＳ４０，Ｓ５０の判定を繰り返す。これにより、排水弁３６の開弁条件が満たされるか、あるいは、掃気の完了条件が満たされるまで、アノード側のガス流路の掃気が継続される。

ステップＳ４０において、排水弁３６の開弁条件が満たされたとき、つまり、気液分離器３２に第２閾値Ｔｈｂに相当する量を超える液水ＬＳが貯留されたときには、制御部５０は、ステップＳ６０において掃気を完了する。この場合には、燃料電池システム１００のアノード側のガス流路から十分な量の液水が排出されたことが見込まれるためである。

また、ステップＳ５０において、掃気の完了条件が満たされたとき、つまり、掃気が予め閾値時間だけ継続されたときに、制御部５０は、ステップＳ６０において掃気を完了する。この場合には、気液分離器３２の貯水量は少なくとも、燃料ガスのガス流路から水分が十分に掃気されたことが見込まれるためである。なお、ステップＳ５０での掃気の完了条件は、掃気の継続時間に基づくものには限定されない。他の実施形態では、制御部５０は、例えば、ステップＳ５０において、燃料電池１０の含水量や燃料電池１０から排出される掃気ガスの湿潤度が予め定められた閾値よりも低下したときに、掃気の完了条件が満たされたものとして、ステップＳ６０で掃気を完了してもよい。

ステップＳ７０では、制御部５０は、排水弁３６を開弁し、気液分離器３２からの液水の排出を開始させる。ステップＳ７０では、制御部５０は、気液分離器３２からの排水が促進されるように、供給装置２５を駆動させて、気液分離器３２内の圧力を高めてもよい。ステップＳ８０では、制御部５０は、気液分離器３２からの排水が完了したか否かを判定する。制御部５０は、例えば、気液分離器３２内の圧力を用いて、気液分離器３２からの排水速度を求め、その排水速度を用いて算出した排水量の推定値が、排水弁３６を開弁する前の貯水量以上になったときに、気液分離器３２からの排水が完了したと判定する。あるいは、制御部５０は、排水弁３６の開弁後、予め定めた時間が経過したときに、気液分離器３２からの排水が完了したと判定してもよい。制御部５０は、ステップＳ８０において、気液分離器３２からの排水が完了したと判定されるまで、排水弁３６を開弁させた状態を維持する。

制御部５０は、ステップＳ８０において、気液分離器３２からの排水が完了したと判定された場合には、ステップＳ９０において、排水弁３６に付着している水分を、排水管３５を通じて排出する排水弁排水処理を実行する。排水弁排水処理では、制御部５０は、排水弁３６の開閉動作を所定の回数、繰り返させる。排水弁３６の開閉動作が繰り返されると、気液分離器３２内の圧力と外気圧との差圧を駆動力として、排水弁３６に付着している水分が排出される。排水弁排水処理によって、排水弁３６に水分が付着したままになることが抑制されるため、低温環境下での凍結による排水弁３６の固着が抑制される。

以上の処理によって、終了時掃気処理は終了する。制御部５０は、その後、燃料電池システム１００の運転を終了させるための種々の準備処理を実行し、燃料電池システム１００の運転を終了させる。なお、制御部５０は、燃料電池システムの運転終了時、あるいは、再起動時に、排水制御における開弁条件を終了時掃気処理のときの開弁条件から元に戻す処理をおこなう。

第１実施形態の燃料電池システム１００によれば、制御部５０は、終了時掃気処理の排水弁制御では、排水弁３６が開弁されるときの気液分離器３２における貯水量が燃料電池システム１００の通常運転の実行中よりも多くなるように定められた開弁条件を用いる。これによって、図２に示されているように、終了時掃気処理の実行時には、気液分離器３２に貯留される液水ＬＳの水位を、燃料電池システム１００の通常運転の実行時よりも高めることができる。気液分離器３２から液水ＬＳを排出させたときには、貯留されていた液水ＬＳが接していた内壁面には水分は残りにくい。これは、気液分離器３２の内壁面に接していた水分は、水の粘性力によって、貯留された液水ＬＳが排出される際の液水ＬＳ全体の流れに従うためである。そのため、終了時掃気処理の実行時には、気液分離器３２での気液分離水滴によって生じた気液分離器３２の内壁面の水滴ＷＤが付着したままになる領域を低減でき、燃料電池システム１００の運転終了後に、気液分離器３２内に残留する水滴を低減できる。よって、低温環境下においてそうした水滴が凍結することによって、気液分離器３２に液水ＬＳを貯留できる空間が低減されることが抑制される。これにより、気液分離器３２における液水ＬＳの貯留空間の低減に起因する気液分離器３２における貯水量の推定精度の低下が抑制され、気液分離器３２における貯水量の把握が困難になることが抑制される。また、燃料電池システム１００が再起動されたときに、気液分離器３２内に残留している水滴が凍結して、排ガスの気体成分の循環経路が閉塞されてしまうことや、そうした水滴が、排水弁３６に移動して凍結し、排水弁３６が固着してしまうことが抑制される。

２．第２実施形態：
図４は、第２実施形態の燃料電池システムで用いられている気液分離器３２Ａの内部構成を示す概略図である。第２実施形態の燃料電池システムの構成は、第１実施形態で説明した気液分離器３２の代わりに、第２実施形態の気液分離器３２Ａを備えている点以外は、第１実施形態の燃料電池システム１００の構成とほぼ同じである。

第２実施形態の気液分離器３２Ａは、液水ＬＳを透過する細孔を有するフィルター６８を備えている。フィルター６８は、液水ＬＳに混入し、液水ＬＳとともに排水出口６４に向かって移動する異物を捕捉する。フィルター６８によって、異物が排水弁３６に到達することが抑制され、例えば、排水弁３６が当該異物によって開固着するような故障が抑制される。

フィルター６８は、気液分離器３２の内部空間６１をフィルター６８より上流側の第１領域ＡＦと、フィルター６８より下流の第２領域ＡＳとに仕切るように配置されている。ここでの「上流」および「下流」は、内部空間６１において排水出口６４へと向かう液水ＬＳの流れ方向を基準とするものである。第２実施形態では、フィルター６８は、主領域６１Ｍと下方領域６１Ｌとの境界において、下方領域６１Ｌの上端開口を閉塞するように配置されており、上方領域６１Ｕおよび主領域６１Ｍを第１領域ＡＦとし、下方領域６１Ｌを第２領域ＡＳとして仕切っている。なお、フィルター６８の配置位置は、これに限定されることはない。他の実施形態では、フィルター６８は、主領域６１Ｍに配置されていてもよい。

第２実施形態の燃料電池システムでは、制御部５０は、終了時掃気処理を、第１実施形態で説明したのと同様に、図３のフローに従って実行する。ただし、第２実施形態では、制御部５０は、燃料電池システム１００の通常運転や終了時掃気処理において実行される排水弁制御での排水弁３６の開弁条件を次のように設定する。なお、第２実施形態では、制御部５０は、開弁条件として、第１実施形態と同様に、気液分離器３２における貯水量を表す第１閾値Ｔｈａおよび第２閾値Ｔｈｂを用いる。

制御部５０は、燃料電池システム１００の通常運転において用いられる開弁条件として、気液分離器３２での液水ＬＳの水位が第２領域ＡＳにあるときに排水弁３６が開弁されるように定められている第１開弁条件を用いる。制御部５０は、第１開弁条件としての第１閾値Ｔｈａを、気液分離器３２が傾斜しない状態で配置されている基準姿勢において、液水ＬＳの水面が、第２領域ＡＳに位置する程度の貯水量に相当する値、つまり、第２領域ＡＳの容積に相当する量以下の値に設定する。これによって、燃料電池システム１００の通常運転の実行中には、気液分離器３２に貯留されている液水ＬＳの水位がフィルター６８の配置位置を超えることが抑制される。

制御部５０は、終了時掃気処理において用いられる開弁条件として、気液分離器３２での液水ＬＳの水位が第１領域ＡＦにあるときに排水弁３６が開弁されるように定められている第２開弁条件を用いる。制御部５０は、第２開弁条件として用いられる第２閾値Ｔｈｂを、気液分離器３２が傾斜しない状態で配置されている基準姿勢において、液水ＬＳの水面が、第１領域ＡＦに位置する程度の貯水量に相当する値、つまり、第２領域ＡＳの容積に相当する量より大きい値に設定する。これによって、終了時掃気処理においては、気液分離器３２に貯留されている液水ＬＳの水位がフィルター６８の配置位置より上方にあるときに、排水弁３６が開弁されることになる。

以上のように、第２実施形態の燃料電池システムによれば、終了時掃気処理では、気液分離器３２に貯留されている液水ＬＳの水位がフィルター６８より上方にあるときに、排水弁３６が開弁されて排水される。よって、フィルター６８に水分が付着したまま残留することを抑制でき、燃料電池システム１００の運転が停止されている間に、フィルター６８に付着したままの水分が凍結して、フィルター６８が目詰まりしてしまうことを抑制できる。また、燃料電池システム１００の通常運転の実行中には、気液分離器３２に貯留されている液水ＬＳの水位がフィルター６８より下方に位置するときに、排水弁３６が開弁されて排水される。よって、燃料電池システム１００の通常運転の実行中に気液分離器３２の姿勢が変動して、液水ＬＳが揺動したとしても、液水ＬＳがフィルター６８によって押さえ込まれるため、液水ＬＳが循環ガス出口６３を通じて循環配管３３へと入り込むことが抑制される。その他に、第２実施形態の燃料電池システムによれば、第１実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することができる。

３．第３実施形態：
図５は、第３実施形態の燃料電池システムにおいて実行される終了時掃気処理のフローを示す説明図である。第３実施形態の燃料電池システムの構成は、図１に示す第１実施形態の燃料電池システム１００とほぼ同じである。第３実施形態の終了時掃気処理は、ステップＳ２０の代わりに、ステップＳ２５が設けられている点以外は、第１実施形態で説明した終了時掃気処理とほぼ同じである。終了時掃気処理のステップＳ２５では、制御部５０は、以下に説明する処理条件決定処理を実行する。

図６は、処理条件決定処理のフローを示す説明図である。処理条件決定処理では、掃気の実行条件と排水弁制御における開弁条件とが決定される。

ステップＳ１００では、制御部５０は、掃気の実行条件として、掃気を実行する際の掃気ガスの流量を決定する。第３実施形態では、制御部５０は、気液分離器３２の傾斜角度に基づいて掃気ガスの流量を決定する。制御部５０は、気液分離器３２が、予め定められている基準姿勢から、排ガス入口６２側が上方に移動し、循環ガス出口６３側が下方に移動する回転方向に傾斜したときの傾斜角度が大きいほど、掃気ガスの流量を小さくする。そうした方向に気液分離器３２が傾斜すると、気液分離器３２に貯留されている液水ＬＳの水面の位置が、循環ガス出口６３に近づき、ポンプ３４の吸引力によって循環ガス出口６３へと液水ＬＳが進入しやすくなるためである。

制御部５０は、気液分離器３２の傾斜角度を、例えば、図示しない加速度センサなどによって取得する。また、制御部５０は、予め準備されている気液分離器３２の傾斜角度と掃気ガスの流量との関係が規定されているマップや方程式を用いて、気液分離器３２の傾斜角度に対する掃気ガスの流量を求める。なお、制御部５０は、掃気ガスの流量を小さくするほど、掃気の完了条件である掃気の実行継続時間を長くしてもよい。

ステップＳ１１０では、制御部５０は、ステップＳ１００で決定された掃気ガスの流量を用いて排水弁制御での排水弁３６の開弁条件を決定する。制御部５０は、予め準備されているマップを用いて、掃気ガスの流量に対する開弁条件を求める。第３実施形態では、制御部５０は、開弁条件として、第１実施形態で説明したのと同様に、気液分離器３２における貯水量を表す第１閾値Ｔｈａおよび第２閾値Ｔｈｂを用いる。

図７は、ステップＳ１１０において開弁条件の決定に用いられるマップＭＰの一例を示す説明図である。マップＭＰには、掃気ガスの流量が小さいほど小さい値の貯水量が得られる関係が規定されている。制御部５０は、マップＭＰを用いて、ステップＳ１１０で決定された掃気ガスの流量Ｑに対する貯水量Ｖを求める。制御部５０は、得られた貯水量Ｖを第２閾値Ｔｈｂとして設定する。なお、マップＭＰは、掃気ガスの流量Ｑに対して得られる貯水量Ｖが、燃料電池システム１００の通常運転の実行中に用いられる第１閾値Ｔｈａよりも大きくなるように設定されている。

図５を参照する。ステップＳ３０では、制御部５０は、処理条件決定処理で決定された掃気ガスの流量を目標流量として掃気を開始する。制御部５０は、目標流量に応じた回転数でポンプ３４を駆動させる。ステップＳ４０では、制御部５０は、気液分離器３２の貯水量が、処理条件決定処理で決定された第２閾値Ｔｈｂより大きいときに開弁条件が満たされたと判定し、ステップＳ６０で掃気を完了した後、ステップＳ７０で排水弁３６を開弁して排水を開始する。

ここで、上述したように、第３実施形態では、掃気ガスの流量が小さいほど第２閾値Ｔｈｂは小さい値に設定され、排水弁３６が開弁されるときの気液分離器３２の貯水量が低減される。掃気ガスの流量が小さく設定されるのは、気液分離器３２が傾斜して貯留されている液水ＬＳの水面が循環ガス出口６３に近くなる場合である。そのため、掃気ガスの流量が小さいほど気液分離器３２の貯水量を低減することにより、循環ガス出口６３への液水ＬＳの進入を、より一層、抑制できる。

以上のように、第３実施形態の燃料電池システムによれば、終了時掃気処理において、気液分離器３２が、液水ＬＳの水面が循環ガス出口６３に近づくように傾斜しているときには、掃気ガスの流量が小さく設定される。そのため、掃気の実行中に液水ＬＳがポンプ３４の吸引力によって、巻き上げられてしまうことが抑制される。また、掃気ガスの流量が小さいほど排水弁３６の開弁条件である第２閾値Ｔｈｂが小さい値に設定され、気液分離器３２に貯留される液水ＬＳの量が低減される。そのため、気液分離器３２に貯留されている液水ＬＳがポンプ３４の吸引力によって巻き上げられてしまうことが、より一層、抑制される。その他に、第３実施形態の燃料電池システムによれば、第１実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を得ることができる。

４．第４実施形態：
図８は、第４実施形態の燃料電池システムにおいて用いられるマップＭＰｆ一例を示す説明図である。第４実施形態の燃料電池システムの構成は、第３実施形態の燃料電池システムとほぼ同じである。また、第４実施形態の燃料電池システムでは、制御部５０は、終了時掃気処理および処理条件決定処理を、第３実施形態で説明したのと同様に、図５および図６に示すフローで実行する。ただし、第４実施形態の処理条件決定処理では、掃気ガスの流量の決定方法および開弁条件の決定方法が第３実施形態とは異なっている。図８のマップＭＰｆは、処理条件決定処理において開弁条件を決定する際に用いられる。

第４実施形態の処理条件決定処理では、制御部５０は、ステップＳ１００において、掃気ガスの流量を、排ガスの温度が低いほど大きい値に決定する。排ガスの温度が低い場合には、掃気ガスの飽和水蒸気量が小さくなるため、掃気ガスによる水分の持ち去り量が低下する。そのため、排ガスの温度が低いほど掃気ガスの流量を増大させれば、その水分の持ち去り量の低下を抑制でき、掃気の効率の低下を抑制することができる。

ステップＳ１１０では、制御部５０は、マップＭＰｆを用いて、ステップＳ１００で決定した掃気ガスの流量Ｑに対する貯水量Ｖを求める。マップＭＰｆには、掃気ガスの流量が大きいほど、小さい値の貯水量が得られる関係が規定されている。制御部５０は、マップＭＰｆから得られた貯水量Ｖを第２閾値Ｔｈｂとして設定する。なお、マップＭＰｆは、掃気ガスの流量Ｑに対して得られる貯水量Ｖが、燃料電池システム１００の通常運転の実行中に用いられる第１閾値Ｔｈａよりも大きくなるように設定されている。

制御部５０は、終了時掃気処理のステップＳ３０において、処理条件決定処理で決定された掃気ガスの流量に応じた回転数でポンプ３４を駆動させて掃気を開始する。また、制御部５０は、ステップＳ４０において、処理条件決定処理で決定された第２閾値Ｔｈｂより大きいときに、開弁条件が満たされたと判定し、ステップＳ６０で掃気を完了して、ステップＳ７０で排水弁３６を開弁する。

第４実施形態の燃料電池システムの終了時掃気処理によれば、掃気の効率の低下を抑制するために掃気ガスの流量を大きくした場合には、排水弁３６の開弁条件である第２閾値Ｔｈｂが小さい値に設定される。これにより、終了時掃気処理の実行中に気液分離器３２に貯留される液水ＬＳの量が低減される。そのため、掃気ガスの流量を増大させたことによってポンプ３４の吸引力が増大しても、気液分離器３２の液水ＬＳが、循環配管３３へと巻き上げられてしまうことが抑制される。その他に、第４実施形態の燃料電池システムによれば、第１実施形態や第３実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を得ることができる。

５．他の実施形態：
上記の各実施形態で説明した種々の構成は、例えば、以下のように改変することが可能である。以下に説明する他の実施形態はいずれも、上記の各実施形態と同様に、本開示の技術を実施するための形態の一例として位置づけられる。

・他の実施形態１：
上記の各実施形態の排水弁制御での開弁条件として、気液分離器３２における貯水量を表す第１閾値Ｔｈａや第２閾値Ｔｈｂを用いた条件の代わりに他の条件が用いられてもよい。排水弁制御での開弁条件としては、例えば、掃気の実行時間が用いられてもよい。この場合には、制御部５０は、掃気が開始された後、掃気が実行されている時間が、予め定められた閾値時間を超えたときに、開弁条件が満たされたとして、排水弁３６を開弁してもよい。なお、この場合には、終了時掃気処理において用いられる閾値時間は、燃料電池システムの通常運転での排水弁制御で用いられる閾値時間より大きい値に設定される。こうした条件を用いた場合でも、終了時掃気処理の実行時に、排水弁３６が開弁されるときの気液分離器３２における貯水量が燃料電池システムの通常運転の実行中よりも多くなる。排水弁制御での開弁条件としては、その他の種々の条件が用いられてもよい。また、上記の各実施形態においては、排水弁制御の開弁条件は、終了時掃気処理において変更されている。これに対して、終了時掃気処理での開弁条件をデフォルトの条件として、燃料電池システム１００の通常運転を開始するときに、終了時掃気処理での開弁条件から燃料電池システム１００の通常運転用の開弁条件に変更するように構成されてもよい。

・他の実施形態２：
気液分離器３２，３２Ａは、上記の各実施形態で説明した構成に限定されることはない。気液分離器３２，３２Ａは、例えば、下方領域６１Ｌが省略された構成でもよいし、底面が下降傾斜するテーパ状の内壁面によって構成されていてもよい。上記の各実施形態において、終了時掃気処理のステップＳ１０における掃気の実行可否の判定処理や、ステップＳ９０における排水弁排水処理は省略されてもよい。また、上記の各実施形態の終了時掃気処理において、ステップＳ４０で開弁条件が満たされて、ステップＳ７０～Ｓ８０において気液分離器３２からの排水が実行された後、再度、掃気と開弁制御とが繰り返されてもよい。上記の各実施形態において、制御部５０は、気液分離器３２における貯水量を、推定値として算出する代わりに、気液分離器３２に設けられた水位センサなどを用いて取得してもよい。

・他の実施形態３：
上記の第２実施形態のフィルター６８を有する気液分離器３２Ａは、第３実施形態や第４実施形態の燃料電池システムに適用されてもよい。また、この場合には、燃料電池システムの通常運転の実行中には、液水ＬＳの水面が第２領域ＡＳに位置する貯水量のときに排水弁３６が開弁され、終了時掃気処理では、液水ＬＳの水面が第１領域ＡＦに位置する貯水量のときに排水弁３６が開弁されるように制御されてもよい。

・他の実施形態４：
上記の第３実施形態や第４実施形態において、掃気ガスの流量は、気液分離器３２の傾斜角度や排ガスの温度以外の条件に応じて変更されてもよい。掃気ガスの流量は、例えば、排ガスのガス密度や、ポンプ３４の現在の駆動効率、燃料電池１０の現在の含水量に応じて決定されてもよい。

・他の実施形態５：
上記の各実施形態において、燃料ガスの供給系統に適用されていた燃料ガスを燃料電池１０に循環させる構成は、燃料電池１０の酸化剤ガスの供給系統に適用されてもよい。この場合には、燃料電池１０の酸化剤ガスの供給系統において、上述した排水弁制御や、終了時掃気処理が実行されてもよい。

６．その他：
上記実施形態において、ソフトウェアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ハードウェアによって実現されてもよい。また、ハードウェアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ソフトウェアによって実現されてもよい。ハードウェアとしては、例えば、集積回路、ディスクリート回路、または、それらの回路を組み合わせた回路モジュールなど、各種回路を用いることができる。

本開示の技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須ではないと説明されているものに限らず、その技術的特徴が本明細書中に必須であると説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…燃料電池、１１…単セル、２０…ガス供給部、２１…タンク、２２…燃料ガス配管、２３…主止弁、２４…レギュレータ、２５…供給装置、３０…ガス循環部、３１…排ガス配管、３２…気液分離器、３２Ａ…気液分離器、３３…循環配管、３４…ポンプ、３５…排水管、３６…排水弁、４０…ガス給排部、４１…供給配管、４２…コンプレッサ、４３…開閉弁、４６…排出配管、４８…調圧弁、５０…制御部、６０…容器、６１…内部空間、６１Ｌ…下方領域、６１Ｍ…主領域、６１Ｕ…上方領域、６２…排ガス入口、６３…循環ガス出口、６４…排水出口、６５…対向内壁面、６８…フィルター、１００…燃料電池システム、ＡＦ…第１領域、ＡＳ…第２領域、ＬＳ…液水、ＬＶ１…第１水位レベル、ＬＶ２…第２水位レベル、ＭＰ…マップ、ＭＰｆ…マップ、ＷＤ…水滴

Claims (5)

1. 燃料電池システムであって、
   反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、
   前記燃料電池に接続され、前記燃料電池の排ガスを液体成分と気体成分とに分離して、前記液体成分の液水を貯留する気液分離器と、
   前記気液分離器に接続され、前記気液分離器内の前記気体成分を前記燃料電池へと循環させる循環経路を構成する循環配管と、
   前記気液分離器に接続され、前記液水を前記気液分離器から排出させる排水管と、
   前記排水管を開閉する排水弁と、
   前記燃料電池に対する前記反応ガスの供給を制御し、前記燃料電池システムの運転終了の際に、前記排ガスの前記気体成分を掃気ガスとして循環させて掃気する終了時掃気処理を実行する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記気液分離器の貯水量に対応付けて予め決められた開弁条件が満たされたときに、前記排水弁を開弁して、前記気液分離器から前記液水を排出させる排水弁制御を実行し、前記終了時掃気処理では、前記排水弁が開弁されるときの前記気液分離器の貯水量が前記燃料電池システムの通常運転の実行中に前記排水弁が開弁されるときよりも多くなるように設定された前記開弁条件を用いて前記排水弁制御を実行する、燃料電池システム。
2. 請求項１記載の燃料電池システムであって、
   前記制御部は、前記気液分離器の貯水量を取得し、前記燃料電池システムの通常運転の実行中における前記排水弁制御では、前記気液分離器の貯水量が予め定められた第１閾値より大きくなったときに前記開弁条件が満たされたものとして前記排水弁を開弁し、前記終了時掃気処理の実行時の前記排水弁制御では、前記気液分離器の貯水量が前記第１閾値より大きい値に設定された第２閾値よりも大きくなったときに前記開弁条件が満たされたものとして前記排水弁を開弁する、燃料電池システム。
3. 請求項１または請求項２記載の燃料電池システムであって、
   前記制御部は、前記終了時掃気処理において、掃気を開始する前に、前記掃気ガスの流量を決定し、決定した前記掃気ガスの流量に応じた前記開弁条件を設定する、燃料電池システム。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、さらに、
   前記気液分離器の内部に、前記液水を透過するフィルターを備え、
   前記フィルターは、前記気液分離器の内部空間を、前記フィルターより上側の第１領域と、前記フィルターより下側の第２領域と、に仕切るように配置されており、
   前記制御部は、前記燃料電池システムの通常運転の実行中には、前記気液分離器内での前記液水の水位が前記第２領域にあるときに前記排水弁が開弁されるように定められた第１開弁条件を前記開弁条件として用いて前記排水弁制御を実行し、前記終了時掃気処理では、前記気液分離器内での前記液水の水位が前記第１領域にあるときに前記排水弁が開弁されるように定められた第２開弁条件を前記開弁条件として用いて前記排水弁制御を実行する、燃料電池システム。
5. 反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、前記燃料電池の排ガスを液体成分と気体成分とに分離して、前記液体成分の液水を貯留する気液分離器と、前記気液分離器内の前記気体成分を前記燃料電池へと循環させる循環経路を構成する循環配管と、前記気液分離器から前記液水を排出させる排水管と、前記排水管を開閉する排水弁と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
   前記燃料電池システムの運転を終了させる際に、前記排ガスの前記気体成分を掃気ガスとして循環させて掃気する終了時掃気処理を実行する工程と、
   前記気液分離器の貯水量に対応付けて予め決められた開弁条件が満たされたときに、前記排水弁を開弁して、前記気液分離器から前記液水を排出させる排水弁制御を実行する工程と、
   を備え、
   前記終了時掃気処理は、前記排水弁が開弁されるときの前記気液分離器における貯水量が前記燃料電池の通常運転の実行中に前記排水弁が開弁されるときよりも多くなるように設定された前記開弁条件を用いて前記排水弁制御を実行する処理である、制御方法。

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