WO2016080110A1 - 燃料電池のアノードシステム及び燃料電池のアノードシステムの制御方法 - Google Patents

Abstract

　燃料電池のアノードシステムは燃料電池スタックと、アノード極側出口から排出されたガスを吸引し、供給されるアノードガスとともにアノード極側入口に輸送するジェットポンプと、ジェットポンプに供給されるアノードガスを加熱する加熱部と、ジェットポンプと加熱部との間に設けられたバルブと、バルブを制御するコントローラと、を備える。コントローラは、燃料電池スタックの運転停止時にバルブを閉じた後、バルブを開く。

Description

燃料電池のアノードシステム及び燃料電池のアノードシステムの制御方法

　本発明は燃料電池のアノードシステム及び燃料電池のアノードシステムの制御方法に関する。

　燃料電池のアノード極側出口から排出されたガスは、発電過程で生じる水分を含む。この水分は、低温環境下で燃料電池の運転を停止した場合に凍結し、アノード極側出口から排出されたガスが流通する通路を閉塞し得る。

　ＪＰ２００７－１１５４８５Ａには、燃料電池スタックのアノード極側出口から排出されたガスをアノード極側入口に循環させるガス循環ラインに気液分離器を設け、運転停止時に気液分離器内の水を全て排出する燃料電池システムが開示されている。

　燃料電池のアノード極側出口から排出されたガスを燃料電池のアノード極側入口に輸送するには、ジェットポンプを用いることができる。この場合、負圧を発生させるために用いられるアノードガスは、ジェットポンプで増速及び減圧されて低温になり、ジェットポンプのノズル先端部を冷却する。

　ところが、ＪＰ２００７－１１５４８５Ａの技術のように、運転停止時に気液分離器内の水を全て排出する場合であっても、気液分離器で水分を分離する前のガスには水分が残る。そして、残った水分は、運転停止後に拡散する。

　このため、上記のようにガスの輸送にジェットポンプを用いる場合には、ＪＰ２００７－１１５４８５Ａの技術を用いた場合であっても、低温環境下で燃料電池の運転を停止した際に、水分がジェットポンプのノズル先端部で凝縮及び凍結し、ノズルを閉塞する虞がある。結果、次の運転開始時にアノードガスを供給できずに、燃料電池を起動できなくなる虞がある。

　本発明は上記に鑑みてなされたものであり、低温環境下で燃料電池の運転を停止した場合に、ジェットポンプで発生する凍結によるノズル閉塞を改善可能な燃料電池のアノードシステム及び燃料電池のアノードシステムの制御方法を提供することを目的とする。

　本発明のある態様の燃料電池のアノードシステムは、アノードガスとカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池と、前記燃料電池のアノード極側出口から排出されたガスを吸引し、供給されるアノードガスとともに前記燃料電池のアノード極側入口に輸送するジェットポンプと、前記ジェットポンプに供給されるアノードガスを加熱する加熱部と、前記ジェットポンプと前記加熱部との間に設けられたバルブと、前記バルブを制御する制御部と、を備える。そして、前記制御部は、前記燃料電池の運転停止時又は運転停止後に前記バルブを閉じた後、前記バルブを開くか、或いは前記燃料電池の運転停止時に前記バルブの開度を中間開度に制御する。

図１は、第１実施形態のアノードシステムの概略構成図である。 図２は、第１実施形態の制御の一例を示すフローチャートである。 図３は、第１実施形態の制御に対応するタイミングチャートの一例である。 図４は、第２実施形態の制御の一例を示すフローチャートである。 図５は、第２実施形態の制御に対応するタイミングチャートの一例である。 図６は、第３実施形態のアノードシステムの概略構成図である。 図７は、第３実施形態の制御の一例を示すフローチャートである。 図８は、第３実施形態の制御に対応するタイミングチャートの一例である。 図９は、第４実施形態の制御の一例を示すフローチャートである。 図１０は、第４実施形態の制御に対応するタイミングチャートの一例である。 図１１は、第５実施形態の制御の一例を示すフローチャートである。 図１２は、第５実施形態の制御に対応するタイミングチャートの一例である。

　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。いくつかの図面を通して付された同じ符号は、同一又は対応する構成を示す。

　（第１実施形態）
　燃料電池は燃料極であるアノード電極と、酸化剤極であるカソード電極とによって電解質膜を挟み込んだ構造を有する。燃料電池は、燃料ガスとして水素を含有するアノードガスをアノード電極に、酸化剤ガスとして酸素を含有するカソードガスをカソード電極にそれぞれ供給することによって発電する。アノード電極及びカソード電極の両電極において進行する電極反応は以下の通りである。

　　　アノード電極　：　　２Ｈ₂ →４Ｈ⁺ ＋４ｅ^-     …(１)
　　　カソード電極　：　　４Ｈ⁺ ＋４ｅ^- ＋Ｏ₂ →２Ｈ₂Ｏ     …(２)
　この（１）（２）の電極反応によって燃料電池は１ボルト程度の起電力を生じる。

　このような燃料電池を自動車用動力源として使用する場合には、要求される電力が大きい。このためこの場合には、数百枚の燃料電池を積層した燃料電池スタックとして燃料電池を使用する。そして、燃料電池スタックにアノードガス及びカソードガスを供給する燃料電池システムを構成して、車両駆動用の電力を取り出す。

　以下では、上記のような燃料電池システムのうち燃料電池スタックのアノード極側のガスの流通システムを構成する燃料電池のアノードシステムについて説明する。以下、燃料電池のアノードシステムを単にアノードシステムと称す。

　図１は、第１実施形態のアノードシステム１の概略構成図である。

　アノードシステム１は、燃料電池スタック１００を備える。燃料電池スタック１００は、複数枚の燃料電池を積層した積層電池であり、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。そして、発電した電力を車両駆動用モータなど各種の電装部品に供給する。

　アノードシステム１は、燃料電池スタック１００のほか、高圧タンク２と、供給通路３と、シャット弁４と、排出通路５、気液分離器６と、還流通路７と、ジェットポンプ８と、加熱部９と、バルブ１０と、コントローラ５０と、を備える。

　高圧タンク２は、燃料電池スタック１００に供給するアノードガスを高圧状態に保って貯蔵する。

　供給通路３は、燃料電池スタック１００に供給するアノードガスが流れる通路である。供給通路３は、その一端が高圧タンク２に接続され、その他端が燃料電池スタック１００のアノード極側入口１１０に接続される。

　シャット弁４は、供給通路３に設けられる。シャット弁４は、高圧タンク２からのアノードガスの供給、供給停止を制御する。燃料電池スタック１００には、シャット弁４の代わりにレギュレータを用いてもよい。

　排出通路５は、燃料電池スタック１００から排出されたアノードオフガスが流れる通路である。排出通路５は、その一端が燃料電池スタック１００のアノード極側出口１２０に接続され、その他端が気液分離器６に接続される。

　アノードオフガスは、電極反応で使用されなかった余剰のアノードガスと、カソード側からリークしてきた窒素などの不活性ガスとの混合ガスである。アノードオフガスは、発電過程で生じる水分を含む。

　気液分離器６は、アノード極側出口１２０から排出されたガス、すなわちアノードオフガスからアノードオフガスに含まれる水分を分離する。気液分離器６には点線で示す熱媒体通路２０が熱媒体を導入する。熱媒体は、気液分離器６内でアノードオフガスに含まれる水分を凝縮し、受熱する。熱媒体通路２０はさらに、気液分離器６を流通した熱媒体を加熱部９に供給する。

　還流通路７は、アノードオフガスを供給通路３に戻すための通路である。還流通路７は、その一端が気液分離器６に接続され、その他端がジェットポンプ８に接続される。還流通路７は具体的には、ジェットポンプ８の負圧発生部に接続される。

　ジェットポンプ８は、供給通路３に設けられる。ジェットポンプ８は、シャット弁４の下流に配置される。ジェットポンプ８にはアノードガスが供給される。ジェットポンプ８は、供給されたアノードガスの流れによって負圧を発生させる。そして、発生させた負圧でアノードオフガスを吸引しアノード極側入口１１０に輸送する。ジェットポンプ８は具体的には、アノードオフガスとして気液分離器６を流通したガスを吸引する。そして、吸引したガスを高圧タンク２から供給されるアノードガスとともにアノード極側入口１１０に輸送する。

　加熱部９は、供給通路３に設けられる。加熱部９は、シャット弁４の下流、且つジェットポンプ８の上流に配置される。加熱部９は、ジェットポンプ８に供給されるアノードガスを加熱する。加熱部９は具体的には、アノードガスと熱媒体との間で熱交換を行うことで、アノードガスを加熱する熱交換器とされる。熱媒体には、燃料電池スタック１００を冷却する冷却液を用いることができる。

　バルブ１０は、供給通路３に設けられる。バルブ１０は、加熱部９とジェットポンプ８との間に配置される。バルブ１０は具体的には電磁弁であり、コイル１０ａを備える。コイル１０ａは、バルブ１０の弁体を駆動する。バルブ１０には、流量調節弁が用いられる。バルブ１０には、防爆仕様のバルブが用いられる。バルブ１０は、高圧タンク２から供給通路３に流れ出したアノードガスの圧力を所望の圧力に調節する調圧弁として使用することができる。

　コントローラ５０は電子制御装置であり、シャット弁４やバルブ１０を制御する。コントローラ５０には、燃料電池スタック１００の運転及び運転停止を指示するためのスイッチ６０からの信号が入力される。

　燃料電池スタック１００の運転は、アノードガス及びカソードガスを燃料電池スタック１００に供給することで行われる。燃料電池スタック１００の運転停止は、アノードガス及びカソードガスのうち少なくともいずれかの燃料電池スタック１００への供給を停止することで行われる。

　上記のように構成されたアノードシステム１は、循環回路３０を備える。循環回路３０は、アノードオフガスをアノード極側入口１１０に導入することで、アノードオフガスを循環させるアノード側循環回路である。循環回路３０は、燃料電池スタック１００、気液分離器６及びジェットポンプ８を有して構成される。循環回路３０は、燃料電池スタック１００を始点として見た場合に、アノード極側出口１２０、気液分離器６、ジェットポンプ８及びアノード極側入口１１０の順にアノードオフガスを流通させる。

　次に、コントローラ５０が行う制御の一例を図２に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１１で、コントローラ５０は、運転停止指示があったか否かを判定する。運転停止指示があったか否かは、スイッチ６０の出力に基づき判定できる。

　ステップＳ１１で否定判定であれば、本フローチャートの処理を一旦終了する。ステップＳ１１で肯定判定であれば、処理はステップＳ２１、さらにはステップＳ３１に進む。これにより、燃料電池スタック１００の運転停止時にステップＳ２１及びステップＳ３１の処理が行われる。

　ステップＳ２１で、コントローラ５０は、シャット弁４を閉じる。具体的には、シャット弁４を全閉にする。これにより、高圧タンク２から燃料電池スタック１００にアノードガスが供給されなくなる。本実施形態では、燃料電池スタック１００の運転停止時に、加熱部９への熱媒体の供給も停止する。

　ステップＳ３１で、コントローラ５０は、バルブ１０を閉じることで、バルブ１０の開度を低下させる。ステップＳ３１で、コントローラ５０は具体的には、バルブ１０を全閉にする。これにより、アノードガスが加熱部９内に滞留した状態で加熱される。コントローラ５０は、バルブ１０の開度を低下させることで、加熱部９でアノードガスを加熱し易くする。

　ステップＳ４１で、コントローラ５０は、所定時間Ａが経過したか否かを判定する。所定時間Ａは、加熱部９でのアノードガスの加熱を確保するための時間であり、実験などに基づき予め設定することができる。否定判定であれば、処理はステップＳ４１に戻る。肯定判定であれば、処理はステップＳ５１に進む。

　ステップＳ５１で、コントローラ５０はバルブ１０を開く。これにより、加熱部９で加熱されたアノードガスが、ジェットポンプ８に供給される。ステップＳ５１で、コントローラ５０は具体的には、バルブ１０を全開にする。

　ステップＳ６１で、コントローラ５０は、所定時間Ｂが経過したか否かを判定する。所定時間Ｂは、ジェットポンプ８のノズルの昇温を確保するための時間であり、実験などに基づき予め設定することができる。否定判定であれば、処理はステップＳ６１に戻る。肯定判定であれば、処理はステップＳ７１に進む。

　ステップＳ７１で、コントローラ５０は、バルブ１０を閉じる。具体的には、バルブ１０を全閉にする。これにより、加熱部９からジェットポンプ８へのアノードガスの供給が停止する。ステップＳ７１の後には、本フローチャートの処理は終了する。コントローラ５０は、ステップＳ７１でバルブ１０を閉じなくてもよい。この場合、所定時間Ｂの設定は不要である。

　図３は、コントローラ５０が行う制御に対応するタイミングチャートの一例を示す図である。図３では、各種のパラメータとして熱媒体の温度Ｔｃｌ、アノードガスの温度Ｔｇａｓ、ジェットポンプ８のノズル温度Ｔｎｚｌ、バルブ１０の開度、シャット弁４の開度、及び燃料電池スタック１００の運転状態を示す。温度Ｔｃｌは具体的には、加熱部９における熱媒体の温度を示す。温度Ｔｇａｓは具体的には、加熱部９で受熱したアノードガスの温度を示す。

　タイミングＴ１では、燃料電池スタック１００の運転停止が指示される。このため、シャット弁４及びバルブ１０が全閉になり、燃料電池スタック１００の運転が停止する。また、加熱部９への熱媒体の供給も停止する。これにより、タイミングＴ１からは、加熱部９に滞留した熱媒体及びアノードガス間で、熱媒体からアノードガスへの放熱が行われる。結果、熱媒体の温度Ｔｃｌが低下するとともに、アノードガスの温度Ｔｇａｓが上昇する。

　タイミングＴ２は、タイミングＴ１から所定時間Ａが経過したタイミングである。このため、タイミングＴ２では、バルブ１０が全開になり、加熱部９からジェットポンプ８にアノードガスが供給される。そして、供給されたアノードガスによってジェットポンプ８のノズルが暖められる。結果、タイミングＴ２からは、アノードガスの温度Ｔｇａｓが低下し、ノズル温度Ｔｎｚｌが上昇する。

　タイミングＴ３は、タイミングＴ２から所定時間Ｂが経過したタイミングである。このため、タイミングＴ３では、バルブ１０が全閉になり、加熱部９からジェットポンプ８へのアノードガスの供給が停止する。結果、アノードガスの温度Ｔｇａｓの低下、及びノズル温度Ｔｎｚｌの上昇が収まる。

　ところで、ノズル温度Ｔｎｚｌを循環回路３０における他の部分より高い温度に上昇させれば、ジェットポンプ８のノズルでの水分の凝縮は回避される。ところが、所定時間Ａが短すぎれば、熱媒体及びアノードガス間で行われる熱交換が不十分になる。また、所定時間Ａが長すぎれば、自然放熱や圧力低下によって、ジェットポンプ８に供給するアノードガスの温度Ｔｇａｓや圧力が不十分になる。また、所定時間Ｂが短すぎれば、ジェットポンプ８のノズルに供給するアノードガスの量が不十分になる。

　このため、所定時間Ａや所定時間Ｂは具体的には、加熱部９で加熱したアノードガスをジェットポンプ８に供給し、ノズル温度Ｔｎｚｌを循環回路３０における他の部分より高い温度に上昇させることが可能な値の範囲内に設定される。

　次に、本実施形態のアノードシステム１の主な作用効果について説明する。アノードシステム１は、燃料電池スタック１００と、ジェットポンプ８と、加熱部９と、バルブ１０と、燃料電池スタック１００の運転停止時にバルブ１０を閉じた後、バルブ１０を開くコントローラ５０と、を備える。コントローラ５０は具体的には、バルブ１０を全閉にした後、バルブ１０を全開にする。

　上記構成のアノードシステム１によれば、燃料電池スタック１００の運転停止時に、アノードガスを加熱し易くすることができる。また、加熱したアノードガスをジェットポンプ８に供給することで、ジェットポンプ８のノズル先端部を循環回路３０における他の部分より暖めることが可能になる。そして、このようにしてジェットポンプ８のノズル先端部を暖めることで、低温環境下で燃料電池スタック１００の運転を停止した場合に、当該ノズル先端部で水分が凝縮することを回避することができる。

　このため、上記構成のアノードシステム１によれば、低温環境下で燃料電池スタック１００の運転を停止した場合に、ジェットポンプ８で発生する凍結によるノズル閉塞を改善できる。

　上記構成のアノードシステム１において、コントローラ５０は、燃料電池スタック１００の運転停止時にバルブ１０を閉じることで、アノードガスを加熱部９に滞留させながら加熱することができる。また、バルブ１０を閉じた後、バルブ１０を開くことで、加熱部９で加熱したアノードガスを素早くジェットポンプ８に供給することができる。

　（第２実施形態）
　本実施形態のアノードシステム１では、コントローラ５０が燃料電池スタック１００の運転停止時にバルブ１０の開度を中間開度に制御することで、バルブ１０の開度を低下させる。この点を除き、本実施形態のアノードシステム１は、第１実施形態のアノードシステム１と同様に構成される。

　次に、コントローラ５０が行う制御の一例を図４に示すフローチャートを用いて説明する。以下では、図２に示すフローチャートと同じ処理については適宜説明を省略する。

　本実施形態では、ステップＳ２１に続きステップＳ３２で、コントローラ５０は、バルブ１０を全閉にするのではなく、バルブ１０の開度を中間開度に制御する。これにより、加熱部９からジェットポンプ８にアノードガスが緩やかに供給される。ステップＳ３２の処理は、ステップＳ３１の処理の代わりに行われる。ステップＳ３２の後には、処理はステップＳ４２に進む。

　ステップＳ４２で、コントローラ５０は所定時間Ｃが経過したか否かを判定する。所定時間Ｃは、加熱部９でのアノードガスの加熱及びジェットポンプ８でのノズルの昇温を確保するための時間であり、実験などに基づき予め設定することができる。所定時間Ｃは、所定時間Ａや所定時間Ｂについて説明した前述の値の範囲内に設定することができる。

　ステップＳ４２で否定判定であれば、処理はステップＳ４２に戻る。ステップＳ４２で肯定判定であれば、処理はステップＳ７１に進む。ステップＳ７１の後には、本フローチャートの処理は終了する。

　図５は、コントローラ５０が行う制御に対応するタイミングチャートの一例を示す図である。図５では、各種のパラメータとして図３と同様のパラメータを示す。本実施形態において、アノードガスの温度Ｔｇａｓは具体的には、加熱部９で受熱したアノードガスの温度であって、それぞれのタイミングにおいてジェットポンプ８で放熱を行ったときのアノードガスの温度を示す。

　タイミングＴ１では、燃料電池スタック１００の運転停止が指示される。結果、第１実施形態の場合と同様、シャット弁４が全閉になり、燃料電池スタック１００の運転が停止する。また、加熱部９への熱媒体の供給も停止する。

　本実施形態では、タイミングＴ１でバルブ１０が中間開度に制御される。このため、タイミングＴ１からは、加熱部９からジェットポンプ８にアノードガスが緩やかに供給される。結果、タイミングＴ１から、アノードガスの温度Ｔｇａｓ及びノズル温度Ｔｎｚｌが上昇し、熱媒体の温度Ｔｃｌが低下する。

　本実施形態では、タイミングＴ２でバルブ１０は制御されない。このため、タイミングＴ２でバルブ１０は全閉にならず、バルブ１０の開度は中間開度に維持される。

　タイミングＴ３´は、タイミングＴ１から所定時間Ｃが経過したタイミングである。このため、タイミングＴ３´ではバルブ１０が全閉になり、加熱部９からジェットポンプ８へのアノードガスの供給が停止する。結果、アノードガスの温度Ｔｇａｓ及びノズル温度Ｔｎｚｌの上昇が収まる。なお、タイミングＴ３´はタイミングＴ３と同じであってもよい。

　次に、本実施形態のアノードシステム１の主な作用効果について説明する。本実施形態のアノードシステム１では、コントローラ５０が燃料電池スタック１００の運転停止時に、バルブ１０の開度を中間開度に制御する。

　上記構成のアノードシステム１によれば、アノードガスの加熱部９での受熱及びジェットポンプ８での放熱を効率良く行わせることができる。結果、アノードガスが効率良く受熱及び放熱を行う分、ノズル温度Ｔｎｚｌを高めることができる。したがって、ノズル温度Ｔｎｚｌを高めることができる分、低温環境下で燃料電池スタック１００の運転を停止した場合に、ジェットポンプ８で発生する凍結によるノズル閉塞を好適に改善できる。

　（第３実施形態）
　図６は、第３実施形態のアノードシステム１の概略構成図である。

　本実施形態のアノードシステム１では、バルブ１０及びジェットポンプ８が一体構成とされる。バルブ１０及びジェットポンプ８には、コイル１０ａの発熱をジェットポンプ８のノズルに伝える伝熱部１１が設けられる。伝熱部１１は金属などの伝熱材で構成することができる。バルブ１０は、一体に構成されたジェットポンプ８とともにユニット全体として、防爆仕様にすることができる。

　本実施形態のアノードシステム１では、コントローラ５０はバルブ１０を閉じた後、開弁電流より小さい電流である微小電流をコイル１０ａに通電させる通電制御を行う。そして、当該通電制御を行った後に、バルブ１０を開く。コントローラ５０は具体的には、バルブ１０を閉じた時にコイル１０ａへの微小電流の通電を開始するとともに、バルブ１０を開いた時にコイル１０ａへの微小電流の通電を終了する。本実施形態のアノードシステム１はこれらの点を除き、第１実施形態のアノードシステム１と同様に構成される。

　次に、コントローラ５０が行う制御の一例を図７に示すフローチャートを用いて説明する。以下では、図２に示すフローチャートと同じ処理については適宜説明を省略する。

　本実施形態では、ステップＳ３１の後に処理がステップＳ３６に進む。ステップＳ３６で、コントローラ５０は、バルブ１０が開かない程度に設定された微小電流をコイル１０ａに通電させる。これにより、コイル１０ａで発熱を行い、コイル１０ａからジェットポンプ８のノズルに熱を供給する。ステップＳ３６の後には、処理はステップＳ４１に進む。そして、ステップＳ４１の処理を経てステップＳ４６で、コントローラ５０はコイル１０ａへの微小電流の通電を停止する。ステップＳ４６の後には、処理はステップＳ５１に進む。その後は、第１実施形態で前述した通りである。

　図８は、コントローラ５０が行う制御に対応するタイミングチャートの一例を示す図である。図８では、各種のパラメータとして図３と同様のパラメータを示す。

　第１実施形態の場合と同様、タイミングＴ１ではシャット弁４及びバルブ１０が全閉になり、燃料電池スタック１００の運転が停止する。また、加熱部９への熱媒体の供給も停止する。そして、タイミングＴ２でバルブ１０が全開になり、タイミングＴ３でバルブ１０が全閉になる。

　本実施形態では、タイミングＴ１及びタイミングＴ２間でコイル１０ａに微小電流を通電することで、コイル１０ａからジェットポンプ８のノズルに熱を供給する。このため、本実施形態では、ノズル温度ＴｎｚｌがタイミングＴ１及びタイミングＴ２間でも上昇する。

　次に、本実施形態のアノードシステム１の主な作用効果について説明する。本実施形態のアノードシステム１では、バルブ１０がコイル１０ａを備えるとともに、伝熱部１１がバルブ１０及びジェットポンプ８に設けられる。また、コントローラ５０がバルブ１０を閉じた後、微小電流をコイル１０ａに通電した後に、バルブ１０を開く。

　上記構成のアノードシステム１によれば、加熱部９でアノードガスを暖めている最中に、コイル１０ａの発熱を利用してジェットポンプ８のノズルを事前に暖めることができる。結果、このようにしてコイル１０ａからジェットポンプ８のノズルに熱を供給する分、ノズル温度Ｔｎｚｌを高めることができる。したがって、ノズル温度Ｔｎｚｌを高めることができる分、低温環境下で燃料電池スタック１００の運転を停止した場合に、ジェットポンプ８で発生する凍結によるノズル閉塞を好適に改善できる。

　（第４実施形態）
　本実施形態のアノードシステム１では、コントローラ５０が燃料電池スタック１００の運転停止後にバルブ１０を閉じることで、バルブ１０の開度を低下させる。また、その後バルブ１０を開く。

　コントローラ５０は具体的には、燃料電池スタック１００の運転停止時から所定時間Ａより短い所定時間Ｄが経過したときに、バルブ１０を閉じる。また、燃料電池スタック１００の運転停止時から所定時間Ａが経過したときに、バルブ１０を開く。さらに具体的には、コントローラ５０は、バルブ１０を閉じる場合にはバルブ１０を全閉にし、バルブ１０を開く場合にはバルブ１０を全開にする。上記の点を除き、本実施形態のアノードシステム１は、第１実施形態のアノードシステム１と同様に構成される。

　次に、コントローラ５０が行う制御の一例を図９に示すフローチャートを用いて説明する。以下では、図２に示すフローチャートと同じ処理については適宜説明を省略する。

　本実施形態では、ステップＳ１１の後に処理がステップＳ２６に進む。ステップＳ２６で、コントローラ５０は所定時間Ｄが経過したか否かを判定する。所定時間Ｄは、加熱部９に滞留させるアノードガスの圧力及び密度を調整するための時間であり、実験などに基づき予め設定することができる。所定時間Ｄは、所定時間Ａや所定時間Ｂについて説明した前述の値の範囲内に設定することができる。

　ステップＳ２６で否定判定であれば、処理はステップＳ２６に戻る。ステップＳ２６で肯定判定であれば、処理はステップＳ３１に進む。その後は、第１実施形態の場合と同様に処理が行われる。

　図１０は、コントローラ５０が行う制御に対応するタイミングチャートの一例を示す図である。図１０では、各種のパラメータとして図３と同様のパラメータを示す。図１０では、第１実施形態の場合の変化を破線で併せて示す。

　第１実施形態の場合と同様、タイミングＴ１ではシャット弁４が全閉になり、燃料電池スタック１００の運転が停止する。また、加熱部９への熱媒体の供給が停止する。本実施形態では、タイミングＴ１´でバルブ１０が全閉になる。そして、タイミングＴ２でバルブ１０が全開になり、タイミングＴ３でバルブ１０が全閉になる。

　タイミングＴ１´は、タイミングＴ１から所定時間Ｄが経過したタイミングである。タイミングＴ１´でバルブ１０を全閉にすることで、加熱部９に滞留するアノードガスの圧力及び密度は小さく調整される。結果、アノードガスの温度Ｔｇａｓは、タイミングＴ２でバルブ１０を全開にするまでの間に、第１実施形態の場合より上昇する。また、ノズル温度Ｔｎｚｌも、タイミングＴ２及びタイミングＴ３間で、第１実施形態の場合より上昇する。

　次に、本実施形態のアノードシステム１の主な作用効果について説明する。本実施形態のアノードシステム１では、コントローラ５０が燃料電池スタック１００の運転停止後にバルブ１０を閉じ、その後バルブ１０を開く。つまり、燃料電池スタック１００の運転停止時にシャット弁４を閉じ、その後しばらくしてからバルブ１０を閉じる。そして、その後にバルブ１０を開く。コントローラ５０は具体的には、バルブ１０を全閉にした後、バルブ１０を全開にする。

　上記構成のアノードシステム１によれば、加熱部９に滞留するアノードガスの圧力及び密度を小さく調整する分、アノードガスの温度Ｔｇａｓ、さらにはノズル温度Ｔｎｚｌを高めることができる。したがって、ノズル温度Ｔｎｚｌを高めることができる分、ジェットポンプ８での凍結によるノズル閉塞の発生を好適に改善できる。

　上記構成のアノードシステム１において、コントローラ５０は燃料電池スタック１００の運転停止後にバルブ１０を閉じ、その後バルブ１０を開くことで、加熱部９で加熱したアノードガスを素早くジェットポンプ８に供給することができる。

　（第５実施形態）
　図１１は、本実施形態でコントローラ５０が行う制御の一例をフローチャートで示す図である。図１２は、本実施形態でコントローラ５０が行う制御に対応するタイミングチャートの一例を示す図である。

　本実施形態では、バルブ１０及びジェットポンプ８が第３実施形態で説明したように一体に構成される。また、コントローラ５０が、第４実施形態で説明したように燃料電池スタック１００の運転停止後にバルブ１０を閉じる。コントローラ５０は、バルブ１０を閉じた後はさらに、第３実施形態の場合と同様、微小電流をコイル１０ａに通電させる通電制御を行い、その後にバルブ１０を開く。これらの点を除き、本実施形態のアノードシステム１は、第１実施形態のアノードシステム１と同様に構成される。

　このため、図１１に示す本実施形態におけるフローチャートは、図２に示すフローチャートに対し、ステップＳ２６、ステップＳ３６及びステップＳ４６の処理を追加したフローチャートとなっている。

　結果、図１２に示す本実施形態におけるタイミングチャートでは、ノズル温度Ｔｎｚｌが、タイミングＴ１及びタイミングＴ２間で、第３実施形態で説明したように上昇する。また、アノードガスの温度Ｔｇａｓが、タイミングＴ２までの間に、第４実施形態で説明したように高まる。このため、ノズル温度Ｔｎｚｌは、タイミングＴ２及びタイミングＴ３間で、さらに第４実施形態で説明したように上昇する。

　次に、本実施形態のアノードシステム１の主な作用効果について説明する。本実施形態では、バルブ１０がコイル１０ａを備えるとともに、伝熱部１１がバルブ１０及びジェットポンプ８に設けられる。また、コントローラ５０が燃料電池スタック１００の運転停止後にバルブ１０を閉じ、さらに開弁電流より小さい電流をコイル１０ａに通電した後に、バルブ１０を開く。

　上記構成のアノードシステム１によれば、加熱部９に滞留するアノードガスの圧力及び密度を低下させることで、第３実施形態で説明したようにノズル温度Ｔｎｚｌを高めることができる。また、コイル１０ａからジェットポンプ８のノズルに熱を供給することで、第４実施形態で説明したようにノズル温度Ｔｎｚｌを高めることができる。結果、第３実施形態の場合や第４実施形態の場合と比較して、ノズル温度Ｔｎｚｌをさらに高めることができる。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

　バルブ１０の開度を低下させるにあたり、コントローラ５０は、バルブ１０の開度を次第に低下させてもよく、複数の段階で段階的に低下させてもよい。

　第２実施形態を除く上記各実施形態において、バルブ１０は開閉弁であってもよい。第２実施形態において、バルブ１０は開度を段階的な態様で中間開度に制御可能なバルブであってもよい。

　バルブ１０を閉じることは、バルブ１０を全閉にすることのほか、本発明の作用効果を得ることが可能な範囲内でバルブ１０を開いた状態に制御することを含んでもよい。バルブ１０を開く場合についても同様である。

　加熱部９は、防爆仕様の電気ヒータなど熱交換器以外の加熱機器であってもよい。加熱部９は、少なくとも燃料電池スタック１００の運転停止時や運転停止後にジェットポンプ８に供給されるアノードガスを加熱するように構成されていればよい。

　タイミングＴ２は、温度Ｔｃｌや温度Ｔｇａｓや温度Ｔｎｚｌに基づき設定されてもよい。また、加熱部９におけるアノードガスの圧力に基づき設定されてもよい。これらのパラメータはセンサによって直接的に検出されてもよく、これらのパラメータと相関関係を有するパラメータ等に基づき推定されてもよい。タイミングＴ３やタイミングＴ１´についても同様である。

　本願は２０１４年１１月２０日に日本国特許庁に出願された特願２０１４－２３５９０９に基づく優先権を主張し、この出願のすべての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (6)

1. 　アノードガスとカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池と、
   　前記燃料電池のアノード極側出口から排出されたガスを吸引し、供給されるアノードガスとともに前記燃料電池のアノード極側入口に輸送するジェットポンプと、
   　前記ジェットポンプに供給されるアノードガスを加熱する加熱部と、
   　前記ジェットポンプと前記加熱部との間に設けられたバルブと、
   　前記バルブを制御する制御部と、
   を備え、
   　前記制御部は、前記燃料電池の運転停止時又は運転停止後に前記バルブを閉じた後、前記バルブを開くか、或いは前記燃料電池の運転停止時に前記バルブの開度を中間開度に制御する、
   燃料電池のアノードシステム。
2. 　請求項１に記載の燃料電池のアノードシステムであって、
   　前記制御部が、前記燃料電池の運転停止時に前記バルブを閉じた後、前記バルブを開く、
   燃料電池のアノードシステム。
3. 　請求項１に記載の燃料電池のアノードシステムであって、
   　前記制御部が、前記燃料電池の運転停止時に前記バルブの開度を中間開度に制御する、
   燃料電池のアノードシステム。
4. 　請求項１に記載の燃料電池のアノードシステムであって、
   　前記制御部が、前記燃料電池の運転停止後に前記バルブを閉じ、その後前記バルブを開く、
   燃料電池のアノードシステム。
5. 　請求項２又は４に記載の燃料電池のアノードシステムであって、
   　前記バルブが、弁体を駆動するコイルを備えるとともに、前記コイルの発熱を前記ジェットポンプのノズルに伝える伝熱部が、前記バルブ及び前記ジェットポンプに設けられ、
   　前記制御部が、前記バルブを閉じた後、開弁電流より小さい電流を前記コイルに通電させる通電制御を行い、その後に前記バルブを開く、
   燃料電池のアノードシステム。
6. 　アノードガスとカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池と、前記燃料電池のアノード極側出口から排出されたガスを吸引し、供給されるアノードガスとともに前記燃料電池のアノード極側入口に輸送するジェットポンプと、前記ジェットポンプに供給されるアノードガスを加熱する加熱部と、前記ジェットポンプと前記加熱部との間に設けられたバルブと、を備える燃料電池のアノードシステムの制御方法であって、
   　前記燃料電池の運転停止時又は運転停止後に前記バルブを閉じた後、前記バルブを開くか、或いは前記燃料電池の運転停止時に前記バルブの開度を中間開度に制御すること、
   を含む燃料電池のアノードシステムの制御方法。

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