(57)【要約】【課題】水素ガスの利用率の低下を抑制する。【解決手段】本実施形態に係る制御装置は、燃料電池のアノードオフガスを再循環させ、原燃料と混ぜて再利用する水素リサイクル管から分岐する脱気管の脱気流量を制御する制御装置であって、脱気流量に関する情報を取得する取得部と、情報に基づき、脱気流量の変化に応じて脱気流量を調整する制御を行う制御部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池のアノードオフガスを再循環させ、原燃料と混ぜて再利用する水素リサイクル管から分岐する脱気管の脱気流量を制御する制御装置であって、
前記脱気流量に関する情報を取得する取得部と、
前記情報に基づき、前記脱気流量の変化に応じて前記脱気流量を調整する制御を行う制御部と、
を備える、制御装置。
【請求項２】
前記水素リサイクル管内の所定の水素濃度に対応する前記脱気流量の閾値が設定されており、
前記制御部は、前記脱気管からの脱気を開始して、前記脱気流量が前記閾値に達すると、前記脱気管からの脱気を遮断する制御を行う、請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記燃料電池は、水素ガス供給管を介して前記原燃料の供給を受けており、
前記取得部は、前記脱気管からの脱気が遮断されている状態での前記水素ガス供給管内の第１流量と、前記脱気管からの脱気が継続している状態での前記水素ガス供給管内の第２流量とを取得しており、
前記制御部は、前記第１流量と前記第２流量との流量差が所定値に達すると、前記脱気管からの脱気を遮断する制御を行う、請求項１に記載の制御装置。
【請求項４】
前記燃料電池は、水素ガス供給管を介して前記原燃料の供給を受けており、
前記取得部は、前記脱気管からの脱気が継続している状態での前記水素ガス供給管内における流量を取得しており、
前記制御部は、前記流量が所定値に達すると、前記脱気管からの脱気を遮断する制御を行う、請求項１に記載の制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記脱気流量の変化速度が所定値に達すると、前記脱気管からの脱気を遮断する制御を行う、請求項１に記載の制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記水素リサイクル管内の圧力にも基づき、前記脱気流量を調整する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記水素リサイクル管内の温度にも基づき、前記脱気流量を調整する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項８】
前記脱気管からの脱気を開始してから脱気が遮断されるまでの脱気時間を記憶する記憶部を更に備え、
前記制御部は、前記脱気時間に基づき、前記脱気管の脱気が遮断された後に脱気を開始する開始時間を制御する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記脱気時間が長くなるに従い、前記開始時間をより短くする制御を行う、請求項８に記載の制御装置。
【請求項１０】
前記取得部は、前記脱気管からの脱気が継続している状態での前記水素リサイクル管内の脱気圧力を取得しており、
前記制御部は、前記脱気圧力が所定に達すると、前記脱気管からの脱気を遮断する制御を行う、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項１１】
前記取得部は、前記脱気管からの脱気が継続している状態での前記水素リサイクル管内の脱気圧力を取得しており、
前記制御部は、前記脱気圧力の変化速度が所定値定以下になると、前記脱気管からの脱気を遮断する制御を行う、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項１２】
前記原燃料が供給されている間において、前記燃料電池の発電出力または電流値は所定値以上に維持されている、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項１３】
燃料電池のアノードオフガスを再循環させ、原燃料と混ぜて再利用する水素リサイクル管から分岐する脱気管の脱気流量を制御する燃料電池発電システムの制御方法であって、
前記脱気流量に関する情報を取得する取得工程と、
前記情報に基づき、前記脱気流量の変化に応じて前記脱気管からの脱気を遮断する制御工程と、
を備える、制御方法。
【請求項１４】
燃料電池と、
前記燃料電池のアノードオフガスを再循環させ、原燃料と混ぜて再利用する水素リサイクル管と、
前記水素リサイクル管から分岐する脱気管と、
前記脱気管からの脱気流量を調整する制御を行う制御装置と、を備える燃料電池システムであって、
前記制御装置は、
前記脱気流量に関する情報を取得する取得部と、
前記情報に基づき、前記脱気流量の変化に応じて前記脱気流量を調整する制御を行う制御部と、
を有する、燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置、制御方法、及び燃料電池発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、一般に燃料電池内の燃料極に供給される水素含有ガスと、燃料電池内の酸化剤極に供給される酸素含有ガスを用いて発電する。発電中に燃料極から排出されるアノードオフガスには未反応の水素が含まれている。このため、アノードオフガスを燃料電池に再供給し、発電に用いることがある。
【０００３】
アノードオフガスを循環させると、アノードオフガスに含まれる窒素などの不純物の濃度が時間の経過に従い増加し、燃料電池の電圧が低下する。このため、アノードオフガスを循環させる水素リサイクル管に脱気管を接続しておき、必要に応じて排脱気管の排出弁を開放して、窒素などをアノードオフガスの一部とともに排出する。これにより、発電に再利用するアノードオフガス中の不純物濃度などが低減される。ところが、排出弁の開放時間は、窒素などの濃度が十分に低下するように、長めの時間が設定されている場合がある。このような場合、より多くの水素が排出されることになり水素ガスの利用率を低下させてしまう恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−９３２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、水素ガスの利用率の低下を抑制可能な燃料電池発電システムの制御装置、制御方法、及び燃料電池発電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態に係る制御装置は、燃料電池のアノードオフガスを再循環させ、原燃料と混ぜて再利用する水素リサイクル管から分岐する脱気管の脱気流量を制御する制御装置であって、前記脱気流量に関する情報を取得する取得部と、前記情報に基づき、前記脱気流量の変化に応じて前記脱気流量を調整する制御を行う制御部と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、水素ガスの利用率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る燃料電池発電システムの構成を説明するブロック図。
【図２】制御装置の構成を示すブロック図。
【図３】記憶部に記憶されるテーブルの一例をグラフ化した図。
【図４】制御装置の制御動作の一例を示すフローチャート。
【図５】第２実施形態係る制御装置の構成を示すブロック図。
【図６】水素濃度と圧力との関係を示す図。
【図７】第２実施形態に係る制御装置の制御動作の一例を示すフローチャート。
【図８】第３実施形態係る制御装置の構成を示すブロック図。
【図９】脱気遮断弁が開状態になってからの水素濃度と圧力との関係を示す図。
【図１０】第３実施形態に係る制御装置の制御動作の一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態に係る制御装置、制御方法、及び燃料電池発電システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。また、本実施形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号又は類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。
【００１０】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る燃料電池発電システム１の構成を説明するブロック図である。この図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池システム１は、発電中に燃料電池の燃料極から排出されるアノードオフガスを再利用可能なシステムである。燃料電池システム１は、水素ガス供給管２と、酸素ガス供給管４と、水素リサイクル管６と、脱気管８と、燃料電池１００と、水素ガス供給装置１０２と、送風部１０４と、燃料遮断弁１０６と、調整弁１０８と、燃料流量計１１０と、第１圧損部１１２と、脱気遮断弁１１４と、第２圧損部１１６と、圧力計１１８と、温度計１２０と、制御装置２００とを備えて構成されている。ここで、水素ガスの利用率とは、水素ガス供給装置１０２から供給された水素が燃料電池１００の発電に使用される割合を意味する。
【００１１】
水素ガス供給管２は、燃料電池１００の燃料極流路１００ａの入口部Ｊ１と水素ガス供給装置１０２との間に接続された供給管である。これにより、水素ガス供給管２は、水素ガス供給装置１０２から供給された水素含有ガスを燃料電池１００内の燃料極流路１００ａに供給する。
【００１２】
酸素ガス供給管４は、燃料電池１００内の酸化剤極流路１００ｂの入口部に接続された供給管である。これにより、酸素ガス供給管４は、酸素含有ガスを燃料電池１００の酸化剤極流路１００ｂに供給する。
【００１３】
水素リサイクル管６は、燃料電池１００内の燃料極流路１００ａの出口部Ｊ２と、水素ガス供給管２の合流部Ｊ３との間に接続された環流用の管である。水素リサイクル管６は、燃料極流路１００ａから排出されたアノードオフガスを水素ガス供給管２の合流部Ｊ３を介して環流させる。
【００１４】
脱気管８は、水素リサイクル管６における送風部１０４と合流部Ｊ３との間に設けられた分岐部Ｊ４から分岐する管であり、アノードオフガスの一部を排出する。
【００１５】
燃料電池１００は、内部に水素含有ガスを燃料極（アノード）に供給する燃料極流路１００ａと、酸化剤極（カソード）に酸素含有ガスを供給する酸化剤流路１００ｂとを有し、燃料極に供給される水素含有ガスと、酸化剤極に供給される酸素含有ガスとを用いて発電する。酸素含有ガスは、例えば大気である。ここで、アノードオフガスは、燃料電池１００の発電中に燃料極流路１００ａから排出されるガスであり、未反応の水素ガスが含まれている。アノードオフガスには、酸化剤極に供給された酸素含有ガス中の窒素Ｎ２が混入する。このため、循環中のアノードオフガス（水素Ｈ２＋窒素Ｎ２）の窒素濃度が時間経過と共に増加し、逆にアノードオフガス中の水素濃度は減少する。
【００１６】
燃料電池１００は、複数の燃料電池セルを積層して構成されている。燃料電池１００は、（化学式１）で示す電気化学反応を利用して、電極から電気エネルギを取り出す。
【００１７】
（化学式１）  
燃料極反応：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−  
酸化剤極反応：（１／２）Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
【００１８】
水素ガス供給装置１０２は、水素ガス供給管２を介して、燃料電池１００の燃料極流路１００ａの上流側から水素含有ガスを供給する。また、水素ガス供給装置１０２として、水素ボンベなどを用いてもよい。なお、水素ガス供給装置１０２から供給される水素含有ガスの元圧である燃料元圧は一定値に保たれる。
【００１９】
送風部１０４は、例えばダイヤフラム式ポンプ、ルーツ式ポンプ、スクロール式ポンプであり、水素ガス供給管２の合流部Ｊ３よりも上流側の水素リサイクル管６に設けられている。この送風部１０４は、アノードオフガスを燃料極の下流側から吸引し、リサイクルガス流路６の送風部１０４より下流側に排出する。
【００２０】
燃料遮断弁１０６は、水素ガス供給管２を開閉する。燃料遮断弁１０６を開放している場合に、水素ガス供給装置１０２から水素ガス供給管２に水素が供給される。一方で、燃料遮断弁１０６を閉じている場合に、水素ガス供給装置１０２から水素ガス供給管２への水素供給は遮断される。
【００２１】
調整弁１０８は、燃料遮断弁１０６の弁が開けられている場合に、弁の開度により水素ガス供給装置１０２から水素ガス供給管２への水素供給量を調整する。なお、本実施形態に係る水素ガス供給管２には、燃料遮断弁１０６、及び調整弁１０８が設けられているが、これに限定されず、例えば燃料遮断弁１０６のみを設け、燃料遮断弁１０６の開閉制御により、所定量の原燃料である水素を水素リサイクル管６に供給してもよい。また、原燃料が供給されている間において、燃料電池１００の発電出力または電流値は所定値以上に維持されている。
【００２２】
燃料流量計１１０は、水素ガス供給管２内を流れる水素の流量を計測する。
【００２３】
第１圧損部１１２は、例えば流量オリフィスであり、水素ガス供給管２と水素リサイクル管６との合流部Ｊ３と、水素リサイクル管６と脱気管８との分岐部Ｊ４の間に配置される。例えば、水素リサイクル管６内のアノードオフガスの流量が一定であり、且つ水素ガス供給管２における燃料元圧が一定であると、水素リサイクル管６内のアノードオフガス中の窒素が上昇すると、バランス上、流量オリフィスのデルタ圧力が上昇する。これにより、流量オリフィスの上流側の圧力、すなわち分岐部Ｊ４を含む領域の圧力が上昇する。
【００２４】
脱気遮断弁１１４は、アノードオフガスの一部を排出する脱気管８を開閉する。脱気遮断弁１１４の弁を閉じている場合に脱気管８は遮断される。これにより、水素リサイクル管６からの脱気は遮断される。一方で、脱気遮断弁１１４の弁を開けている場合に水素リサイクル管６からの脱気が行われる。
第２圧損部１１６は、例えば脱気流量オリフィスであり、脱気管８の分岐部Ｊ４と脱気遮断弁１１４との間に配置される。
【００２５】
圧力計１１８は、水素リサイクル管６の送風部１０４と分岐部Ｊ４との間に設けられている。これにより、圧力計１１８は、分岐部Ｊ４より上流側の水素リサイクル管６内の圧力を測定する。
【００２６】
温度計１２０は、水素リサイクル管６の送風部１０４と分岐部Ｊ４との間に設けられている。これにより、温度計１２０は、分岐部Ｊ４より上流側の水素リサイクル管６内の温度を測定する。
【００２７】
図２は、制御装置２００の構成を示すブロック図である。この図２に示すように、制御装置２００は、燃料電池発電システム１全体を制御する。制御装置２００は、プロセッサを含んで構成されており、必要なプログラムを記憶部２０２から読み出して実行することで、各種の機能を実現する。すなわち、制御装置２００は、記憶部２０２と、取得部２０４と、脱気流量演算部２０６と、制御部２０８とを備えて構成されている。
【００２８】
記憶部２０２は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等により実現される。記憶部２０２は、脱気管８から排出される脱気流量と水素リサイクル管６内の水素濃度の関係を示すテーブルを記憶している。また、記憶部２０２は、水素ガス供給管２内を流れる水素の流量と水素リサイクル管６内の水素濃度の関係を示すテーブルを記憶している。
【００２９】
図３は、記憶部２０２に記憶されるテーブルの一例をグラフ化した図である。脱気流量と水素濃度の関係を示すグラフである。縦軸は脱気流量を示し、横軸は水素濃度を示す。ここでは、調整弁１０８の弁の開度を固定することにより所定量の原燃料である水素が水素リサイクル管６に供給されている場合を示している。すなわち、脱気遮断弁１１４が開状態となり、アノードオフガスの脱気が開始されると脱気流量が次第に増加する。これは、アノードオフガス中の窒素濃度が減少し、アノードオフガスの密度が次第に減少することにより流量が増加するためである。
【００３０】
取得部２０４は、脱気管８から脱気される脱気流量に関する値を取得する。例えば、取得部２０４は、脱気遮断弁１１４が遮断された状態での燃料流量計１１０で計測された第１流量と、脱気遮断弁１１４が開状態での燃料流量計１１０で計測された第２流量を取得する。また、取得部２０４は、圧力計１１８により計測された圧力と、温度計１２０により計測された温度を取得する。
【００３１】
脱気流量演算部２０６は、燃料流量計１１０で計測された流量に基づき、脱気流量を演算する。例えば、脱気流量演算部２０６は、取得部２０４により取得された第２流量と第１流量との差分を脱気流量として演算する。
【００３２】
制御部２０８は、燃料電池１００の発電時には、燃料遮断弁１０６を開状態とし、調整弁１０８の弁の開度を固定することにより所定量の原燃料である水素を水素リサイクル管６に供給する。すなわち、水素ガス供給装置１０２から供給される水素含有ガスの元圧である燃料元圧は一定値に保たれる。一方で、燃料遮断弁１０６を閉状態として、燃料電池１００の発電を停止する。
【００３３】
また、制御部２０８は、燃料電池１００の発電時に、脱気遮断弁１１４の開閉制御を行う。これにより、アノードオフガス中の水素濃度の制御を行う。より詳細には、脱気遮断弁１１４を閉じてから所定の時間が経過すると、脱気遮断弁１１４を開ける制御を行う。これにより、上述のように、アノードオフガスの脱気が開始されると脱気流量が次第に増加する。
【００３４】
制御部２０８は、取得部２０４が取得した脱気流量に関する値の変化に応じて、脱気管８から脱気される脱気流量を調整する制御を行う。すなわち、制御部２０８は、燃料電池１００に供給される所定量の原燃料（Ｈ２）に対する脱気流量が所定値に達すると、脱気管８からの脱気を遮断する制御を行う。
【００３５】
より具体的には、制御部２０８は、脱気流量演算部２０６が演算した差分値、すなわち脱気流量が所定の第１閾値に達すると、脱気管８からの脱気を遮断する制御を行う。第１閾値は、記憶部２０２に記憶されるテーブルを用いて、目的とする水素濃度の値に基づき設定される。これにより、水素濃度が所定値に達した時点で、脱気管８からの脱気を遮断する制御を行うので、水素濃度を所定の濃度以下まで低下できる。また、この制御は、燃料流量計１１０の計測値のみで行えるので、燃料電池発電システム１を簡略化できる。
【００３６】
また、脱気遮断弁１１４が開状態で計測された第２流量は、閉状態で計測された第１流量と脱気流量との加算値となる関係にある。第１流量は固定値であるので、制御部２０８は、水素ガス供給管２における原燃料の流量が所定の第２閾値に達すると、脱気管８からの脱気を遮断する制御を行ってもよい。第２閾値は、記憶部２０２に記憶されるテーブルを用いて、目的とする水素濃度の値に基づき設定される。これにより、水素濃度が所定値に達した時点で、脱気管８からの脱気を遮断する制御を行うので、水素濃度を所定の濃度以下まで低下できる。この場合には、演算処理を省略可能となり、制御処理をより簡略化できる。
【００３７】
更にまた、図３に示したように、水素濃度に対する脱気流量の増加量の変化は一定の特性を有する。このため、制御部２０８は、脱気流量の変化速度が所定値以上となるまで、脱気管８からの脱気を継続する制御を行ってもよい。すなわち、制御部２０８は、脱気流量の変化速度、例えば脱気流量の時間微分値が所定値以上となると、脱気遮断弁１１４を閉じる制御を行ってもよい。この場合には、水素ガス供給管２に供給される燃料元圧の変動による影響を低減可能となる。
【００３８】
ここで、プロセッサという文言は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、或いは、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ：  ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Ｓｉｍｐｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ：  ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Ｃｏｍｐｌｅｘ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ：  ＣＰＬＤ）、及び、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ：  ＦＰＧＡ）等の回路を意味する。なお、記憶部２０２にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むように構成して構わない。また、制御装置２００内の各構成を電子回路で実現してもよい。
【００３９】
以上が本実施形態に係る燃料電池システム１の構成の説明であるが、次に制御装置２００の制御動作例について説明する。図４は、制御装置２００の制御動作の一例を示すフローチャートである。ここでは、脱気遮断弁１１４が遮断された状態で燃料流量計１１０により計測された第１流量は既に取得されており、脱気遮断弁１１４を開けて、脱気を開始した時点からの制御例を説明する。
【００４０】
まず、取得部２０４は、脱気遮断弁１１４が開状態での燃料流量計１１０で計測された第２流量を取得する（ステップＳ１００）。
【００４１】
次に、脱気流量演算部２０６は、燃料流量計１１０で計測された第２流量に基づき、脱気流量を演算する（ステップＳ１０２）。すなわち、脱気流量演算部２０６は、取得部２０４により取得された第２流量と第１流量との差分を脱気流量として演算する。
【００４２】
次に、制御部２０８は、脱気流量が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。脱気流量が所定値未満である場合（ステップＳ１０４のＮｏ）、制御部２０８は、ステップＳ１００からの処理を繰り返す。
【００４３】
一方で、脱気流量が所定値以上である場合、（ステップＳ１０４のＹｅｓ）、制御部２０８は、脱気遮断弁１１４を遮断し（ステップＳ１０６）、全体処理を終了する。
【００４４】
以上のように、本実施形態によれば、制御部２０８は、脱気流量が所定値以上となった場合に脱気遮断弁１１４を閉じることとした。水素濃度と水素濃度に対する脱気流量の増加量とは一定の関係を有するので、水素濃度が所定値に達した時点で、脱気管８からの脱気を遮断することが可能となる。これにより、燃料電池１００の電圧を所定値以上に維持した状態で、水素利用効率の低下が抑制される。
【００４５】
（第２実施形態）
第２実施形態係る燃料電池システム１は、水素リサイクル管６内の圧力、及び温度の内の少なくともいずれかに応じて、制御部２０８の制御値を補正する機能を有することで、第１実施形態に係る燃料電池発電システム１と相違する。以下では相違する点に関して説明する。
【００４６】
図５は、第２実施形態に係る制御装置２００の構成を示すブロック図である。本実施形態係る制御装置２００は、水素濃度演算部２１０と、補正演算部２１２と、閉時間調整部２１４とを更に有することで、第１実施形態係る制御装置２００と相違する。
【００４７】
水素濃度演算部２１０は、脱気流量演算部２０６が演算した脱気流量の値を記憶部２０２に記憶される変換テーブルに基づき、水素濃度に変換する。
【００４８】
補正演算部２１２は、脱気遮断弁１１４が閉状態で取得部２０４が取得した圧力計１１８により計測された圧力、及び温度計１２０により計測された温度の少なくとも一方に基づき、水素濃度演算部２１０により演算された水素濃度を補正する。これにより、脱気遮断弁１１４が開状態となる前の水素リサイクル管６内の圧力、及び温度変動の影響を低減可能となる。ここでの圧力変動は、送風部１０４の送風力の変動が主因である。
【００４９】
図６は、脱気遮断弁１１４が開状態になってからの水素リサイクル管６内の水素濃度６０４と圧力６０６との関係を示す図である。指示線６００は脱気遮断弁１１４の開閉状態を示している。すなわち、期間６０２が脱気遮断弁１１４の閉状態の期間を示している。横軸は時間を示し、縦軸は水素濃度と圧力を示している。
【００５０】
図６に示すように、脱気遮断弁１１４の閉状態の時間が長くなるに従い水素リサイクル管６内の水素濃度６０４は低下する。一方で、脱気遮断弁１１４を閉状態にする閉期間が長くなるに従い水素リサイクル管６内の圧力６０６は増加する。これから分かるように、脱気遮断弁１１４の閉期間が短くなるに従い、水素リサイクル管６内の水素濃度６０４の低下は抑制される。
【００５１】
閉時間調整部２１４は、脱気遮断弁１１４が開状態になってから脱気流量が所定値以上になる脱気時間を記憶部２０２に記憶する。脱気時間は、水素リサイクル管６内の水素濃度が所定値に達するまでの時間である。
【００５２】
制御部２０８は、脱気時間が長くなるに従い脱気遮断弁１１４を閉状態にする閉期間をより短くする。図６に示すように、閉期間が短くなるに従い水素リサイクル管６内の水素濃度の低下が抑制される。このように、脱気時間が一定値になるように脱気遮断弁１１４を閉状態にする閉期間を制御すると、水素リサイクル管６内の水素濃度が所定値よりも低下することが抑制される。
【００５３】
以上が本実施形態に係る燃料電池システム１の構成の説明であるが、次に制御装置２００の制御動作例について説明する。図７は、第２実施形態に係る制御装置２００の制御動作の一例を示すフローチャートである。
【００５４】
まず、取得部２０４は、脱気遮断弁１１４が閉状態での燃料流量計１１０で計測された第１流量、圧力計１１８により計測された圧力、及び温度計１２０により計測された温度を取得する（ステップＳ２００）。
【００５５】
次に、制御部２０８は、脱気遮断弁１１４を開状態にする（ステップＳ２０２）。続けて、取得部２０４は、脱気遮断弁１１４が開状態での燃料流量計１１０で計測された第２流量を取得する（ステップＳ２０４）。
【００５６】
次に、脱気流量演算部２０６は、燃料流量計１１０で計測された第１流量及び第２流量に基づき、脱気流量を演算する（ステップＳ２０６）。続けて、水素濃度演算部２１０は、脱気流量演算部２０６が演算した脱気流量の値に基づき、水素濃度に変換する（ステップＳ２０８）。
【００５７】
次に、補正演算部２１２は、圧力計１１８により計測された圧力、及び温度計１２０により計測された温度に基づき、水素濃度演算部２１０により演算された水素濃度を補正する（ステップＳ２１０）。
【００５８】
次に、制御部２０８は、水素濃度が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２１２）。水素濃度が所定値以上である場合（ステップＳ２１２のＹＥＳ）、制御部２０８は、ステップＳ２０４からの処理を繰り返す。
【００５９】
一方で、水素濃度が所定値未満である場合、（ステップＳ２１２のＮＯ）、制御部２０８は、脱気遮断弁１１４を遮断し（ステップＳ２１４）、全体処理を終了する。
【００６０】
以上のように、本実施形態によれば、脱気流量演算部２０６が脱気流量に基づき演算した水素濃度を、水素リサイクル管６内の圧力、及び温度の少なくとも一方を用いて補正演算部２１２が補正することとした。そして、制御部２０８は、補正した水素濃度が所定値未満となった場合に脱気遮断弁１１４を閉状態にすることにした。これにより、脱気遮断弁１１４の閉状態における水素リサイクル管６内の圧力、及び温度変動の影響を低減した状態で水素リサイクル管６内の水素濃度の制御が可能となる。
【００６１】
（第３実施形態）
第３実施形態係る燃料電池システム１は、水素リサイクル管６内の圧力により脱気遮断弁１１４の開状態の期間を制御する点で、第２実施形態に係る燃料電池発電システム１と相違する。以下では相違する点に関して説明する。
【００６２】
図８は、第３実施形態係る制御装置２００の構成を示すブロック図である。本実施形態係る制御装置２００は、水素濃度変換部２１６を更に有することで、第２実施形態係る制御装置２００と相違する。
【００６３】
図９は、脱気遮断弁１１４が開状態になってからの水素リサイクル管６内の水素濃度９０４と圧力９０６との関係を示す図である。指示線９００は脱気遮断弁１１４の開閉状態を示している。すなわち、期間９０２が燃料遮断弁１０６の開状態の期間を示している。横軸は時間を示し、縦軸は水素濃度と圧力を示している。
【００６４】
図９に示すように、脱気遮断弁１１４の開状態の時間が長くなるに従い水素リサイクル管６内の水素濃度９０４は増加する。一方で、開状態の時間が長くなるに従い水素リサイクル管６内の圧力９０６は低下する。これから分かるように、水素リサイクル管６内の圧力９０６に基づき、水素リサイクル管６内の水素濃度９０４を取得することが可能である。
【００６５】
記憶部２０２は、例えば図９に示す特性に基づき生成された、水素リサイクル管６内の圧力９０６を水素リサイクル管６内の水素濃度９０４に変換する変換テーブルを記憶している。すなわち、変換テーブルは、圧力９０６の値が低下するに従い水素濃度９０４の値が増加するように変換するテーブルである。
【００６６】
水素濃度変換部２１６は、取得部２０４が取得した水素リサイクル管６内の圧力を記憶部２０２に記憶される変換テーブルに基づき、水素濃度に変換する。制御部２０８は、水素濃度変換部２１６により変換された水素濃度に基づき、脱気遮断弁１１４の開状態の時間を制御する。
【００６７】
また、制御部２０８は、水素リサイクル管６内の圧力９０６の変化速度が所定値定以下になると、脱気管８からの脱気を遮断する制御を行ってもよい。或いは、制御部２０８は、水素リサイクル管６内の圧力９０６が所定値定以下になると、脱気管８からの脱気を遮断する制御を行ってもよい。
【００６８】
以上が本実施形態に係る燃料電池システム１の構成の説明であるが、次に制御装置２００の制御動作例について説明する。図１０は、第３実施形態に係る制御装置２００の制御動作の一例を示すフローチャートである。ここでは、脱気遮断弁１１４を開けて、脱気を開始した時点からの制御例を説明する。
【００６９】
まず、取得部２０４は、圧力計１１８により計測された圧力を取得する（ステップＳ１００２）。
【００７０】
次に、水素濃度変換部２１６は、圧力計１１８により計測された圧力を水素濃度に変換する（ステップＳ１００４）。
【００７１】
次に、制御部２０８は、水素濃度が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１００６）。水素濃度が所定値以上である場合（ステップＳ１００６のＹＥＳ）、制御部２０８は、ステップＳ１００２からの処理を繰り返す。
【００７２】
一方で、水素濃度が所定値未満である場合、（ステップＳ１００６のＮＯ）、制御部２０８は、脱気遮断弁１１４を閉じ（ステップＳ２１０）、全体処理を終了する。
【００７３】
以上のように、本実施形態によれば、水素濃度変換部２１６が水素リサイクル管６内の圧力を水素濃度に変換する。そして、制御部２０８は、補正した水素濃度が所定値未満となった場合に脱気遮断弁１１４を閉状態することにした。これにより、水素を余分に脱気管８から脱気したり、水素濃度が低い状態で脱気を遮断したりすることが抑制される。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７４】
１：燃料電池発電システム、２：水素ガス供給管、６：水素リサイクル管、８：脱気管、１００：燃料電池、２００：制御装置、２０４：取得部、２０８：制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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