(57)【要約】【課題】適切なタイミングで掃気処理を行うことが可能な燃料電池システムの掃気方法を提供する。【解決手段】冷却水温度検出工程Ｓ１４の検出値を用いて冷却水温度変化率を検出する冷却水温度変化率検出工程と、アノードガス温度検出工程Ｓ１２の検出値を用いて燃料電池の温度が第１所定温度以下であるか否かを判定するとともに、冷却水温度変化率検出工程Ｓ１６において検出された冷却水温度変化率が所定温度変化率以下であるか否かを判定する判定工程Ｓ１８と、判定工程Ｓ１８において、燃料電池の温度が第１所定温度以下でありなおかつ冷却水温度変化率が所定温度変化率以下であると判定された場合に、掃気を行う掃気工程Ｓ２２と、を有する。【選択図】図２
2010049915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガス流路に反応ガスを供給し発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池内部の冷媒流路に供給される冷却流体と、
前記反応ガス流路に掃気ガスを供給する掃気ガス供給手段と、
前記燃料電池の発電が停止している状態で、前記掃気ガスで前記燃料電池の内部を掃気する掃気制御部と、
を有する燃料電池システムであって、
前記反応ガスの温度を検出する反応ガス温度検出手段と、
前記冷却流体の温度を検出する冷却流体温度検出手段と、
前記反応ガス温度検出手段の検出値または前記冷却流体温度検出手段の検出値のうち何れか一方の検出値を用いて、前記燃料電池の温度が第１所定温度以下であるか否かを判定する第１判定部と、
前記第１判定部において使用しなかった他方の検出値を用いて温度変化率を検出する温度変化率検出手段と、
前記第１判定部において前記燃料電池の温度が前記第１所定温度以下であると判定された際に、前記温度変化率検出手段により検出された温度変化率が所定温度変化率以下であるか否かを判定する第２判定部と、
をさらに有し、
前記掃気制御部は、前記第２判定部により温度変化率が前記所定温度変化率以下であると判定された際に掃気を行うことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記第１判定部において、前記燃料電池の温度が前記第１所定温度を超えると判定された際には、前記第２判定部による判定を行わないことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記第１判定部において、前記燃料電池の温度が前記第１所定温度よりも低い第２所定温度以下であると判定された場合には、前記掃気制御部による掃気を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
反応ガス流路に反応ガスを供給し発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池内部の冷媒流路に供給される冷却流体と、
前記反応ガス流路に掃気ガスを供給する掃気ガス供給手段と、
前記燃料電池の発電が停止している状態で、前記掃気ガスで前記燃料電池の内部を掃気する掃気制御部と、
前記反応ガスの温度を検出する反応ガス温度検出手段と、
前記冷却流体の温度を検出する冷却流体温度検出手段と、
を有する燃料電池システムの掃気方法であって、
前記反応ガス温度検出手段により前記反応ガスの温度を検出する反応ガス温度検出工程と、
前記冷却流体温度検出手段により前記冷却流体の温度を検出する冷却流体温度検出工程と、
前記反応ガス温度検出工程の検出値または前記冷却流体温度検出工程の検出値のうち何れか一方の検出値を用いて、前記燃料電池の温度が第１所定温度以下であるか否かを判定する第１判定工程と、
前記第１判定工程において使用しなかった他方の検出値を用いて温度変化率を検出する温度変化率検出工程と、
前記第１判定工程において前記燃料電池の温度が前記第１所定温度以下であると判定された際に、前記温度変化率検出工程において検出された温度変化率が所定温度変化率以下であるか否かを判定する第２判定工程と、
前記第２判定工程において温度変化率が前記所定温度変化率以下であると判定された際に、前記掃気制御部により掃気を行う掃気工程と、
を有することを特徴とする燃料電池システムの掃気方法。
【請求項５】
第１判定工程において、前記燃料電池の温度が前記第１所定温度を超えると判定された際には、第２判定工程における判定を行わないことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システムの掃気方法。
【請求項６】
第１判定工程において、前記燃料電池の温度が前記第１所定温度よりも低い第２所定温度以下であると判定された場合には、前記掃気工程を行うことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の燃料電池システムの掃気方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池システムの掃気方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池には、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟んで膜電極構造体を形成し、この膜電極構造体の両側に一対のセパレータを配置して平板状の単位燃料電池（以下「単位セル」という。）を構成し、この単位セルを複数積層して燃料電池スタックとするものが知られている。この燃料電池では、アノード電極とアノード側セパレータとの間に形成されたアノードガス流路に燃料ガスとして水素ガスを供給するとともに、カソード電極とカソード側セパレータとの間に形成されたカソードガス流路に酸化剤ガスとして空気を供給する。これにより、アノード電極で触媒反応により発生した水素イオンが固体高分子電解質膜を透過してカソード電極まで移動し、カソード電極で空気中の酸素と電気化学反応を起こして発電が行われる。また、この発電に伴って水が生成される（以下、生成水という。）。
【０００３】
この種の燃料電池において、反応ガス流路（燃料ガス流路および酸化ガス流路）に残った生成水（以下、残留水という。）は、膜電極構造体に対する燃料ガスおよび酸化ガスの供給の妨げになり、発電性能を低下させることになる。また、氷点下で燃料電池を駆動する場合には、残留水の凍結により、膜電極構造体における発電面積が低下して、発電性能を低下させることになる。
そこで、反応ガス流路内に掃気ガスを供給して残留水を除去する技術が提案されている。なお、燃料電池の温度が氷点下になる前に掃気を実施する必要がある。そこで特許文献１には、アノードガス流路内の掃気タイミングを、冷却系内の温度センサ（絶対値）で判定する技術が開示されている。
【特許文献１】米国特許第７２７０９０４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、温度センサにオフセット故障が発生した際には、燃料電池の温度を正確に検出することができなくなる。そのため、燃料電池が氷点下になる前に掃気を実施することが困難になるという問題がある。この場合、燃料電池スタックの内部で生成水が凍結するため、燃料電池システムの起動性および発電性が低下することになる。
そこで本発明は、適切なタイミングで掃気処理を実施することが可能な燃料電池システムおよびその掃気方法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、反応ガス流路（例えば、実施形態におけるアノードガス流路１１またはカソードガス流路１２）に反応ガス（例えば、実施形態における水素ガスまたは空気）を供給し発電を行う燃料電池（例えば、実施形態における燃料電池１）と、前記燃料電池内部の冷媒流路（例えば、実施形態における冷媒流路４０）に供給される冷却流体（例えば、実施形態における冷却水）と、前記反応ガス流路に掃気ガス（例えば、実施形態における空気）を供給する掃気ガス供給手段（例えば、実施形態におけるエアコンプレッサ７等）と、前記燃料電池の発電が停止している状態で、前記掃気ガスで前記燃料電池の内部を掃気する掃気制御部（例えば、実施形態におけるコントローラ６０）と、を有する燃料電池システム（例えば、実施形態における燃料電池システム１００）であって、前記反応ガスの温度を検出する反応ガス温度検出手段（例えば、実施形態におけるアノードガス温度センサＴ１）と、前記冷却流体の温度を検出する冷却流体温度検出手段（例えば、実施形態における冷却水温度センサＴ３）と、前記反応ガス温度検出手段の検出値または前記冷却流体温度検出手段の検出値のうち何れか一方の検出値（例えば、実施形態におけるアノードガス温度ＴＨ）を用いて、前記燃料電池の温度が第１所定温度（例えば、実施形態における第１所定温度Ａ１）以下であるか否かを判定する第１判定部（例えば、実施形態におけるコントローラ６０）と、前記第１判定部において使用しなかった他方の検出値（例えば、実施形態における冷却水温度ＴＷ）を用いて温度変化率（例えば、実施形態におけるＴＷ変化率）を検出する温度変化率検出手段（例えば、実施形態におけるコントローラ６０）と、前記第１判定部において前記燃料電池の温度が前記第１所定温度以下であると判定された際に、前記温度変化率検出手段により検出された温度変化率が所定温度変化率（例えば、実施形態における所定温度変化率Ｄ）以下であるか否かを判定する第２判定部（例えば、実施形態におけるコントローラ６０）と、をさらに有し、前記掃気制御部は、前記第２判定部により温度変化率が前記所定温度変化率以下であると判定された際に掃気を行うことを特徴とする。
【０００６】
請求項２に係る発明は、前記第１判定部において、前記燃料電池の温度が前記第１所定温度を超えると判定された際には、前記第２判定部による判定を行わないことを特徴とする。
【０００７】
請求項３に係る発明は、前記第１判定部において、前記燃料電池の温度が前記第１所定温度よりも低い第２所定温度（例えば、実施形態における第２所定温度Ａ２）以下であると判定された場合には、前記掃気制御部による掃気を行うことを特徴とする。
【０００８】
請求項４に係る発明は、反応ガス流路に反応ガスを供給し発電を行う燃料電池と、前記燃料電池内部の冷媒流路に供給される冷却流体と、前記反応ガス流路に掃気ガスを供給する掃気ガス供給手段と、前記燃料電池の発電が停止している状態で、前記掃気ガスで前記燃料電池の内部を掃気する掃気制御部と、前記反応ガスの温度を検出する反応ガス温度検出手段と、前記冷却流体の温度を検出する冷却流体温度検出手段と、を有する燃料電池システムの掃気方法であって、前記反応ガス温度検出手段により前記反応ガスの温度を検出する反応ガス温度検出工程（例えば、実施形態におけるアノードガス温度検出工程Ｓ１２）と、前記冷却流体温度検出手段により前記冷却流体の温度を検出する冷却流体温度検出工程（例えば、実施形態における冷却水温度検出工程Ｓ１４）と、前記反応ガス温度検出工程の検出値または前記冷却流体温度検出工程の検出値のうち何れか一方の検出値を用いて、前記燃料電池の温度が第１所定温度以下であるか否かを判定する第１判定工程（例えば、実施形態における判定工程Ｓ１８）と、前記第１判定工程において使用しなかった他方の検出値を用いて温度変化率を検出する温度変化率検出工程（例えば、実施形態における冷却水温度変化率検出工程Ｓ１６）と、前記第１判定工程において前記燃料電池の温度が前記第１所定温度以下であると判定された際に、前記温度変化率検出工程において検出された温度変化率が所定温度変化率以下であるか否かを判定する第２判定工程（例えば、実施形態における判定工程Ｓ１８）と、前記第２判定工程において温度変化率が前記所定温度変化率以下であると判定された際に、前記掃気制御部により掃気を行う掃気工程（例えば、実施形態における掃気工程Ｓ２２）と、を有することを特徴とする。
【０００９】
請求項５に係る発明は、第１判定工程において、前記燃料電池の温度が前記第１所定温度を超えると判定された際には、第２判定工程における判定を行わないことを特徴とする。
【００１０】
請求項６に係る発明は、第１判定工程において、前記燃料電池の温度が前記第１所定温度よりも低い第２所定温度以下であると判定された場合には、前記掃気工程を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１または４に係る発明によれば、反応ガス温度検出手段の検出値または冷却流体温度検出手段の検出値のうち何れか一方の検出値を用いて、燃料電池の温度が第１所定温度以下であるか否かを判定するので、他方の温度検出手段にオフセット故障が発生した場合でも、燃料電池が氷点下になる前の適切なタイミングで掃気処理を行うことができる。
また、温度変化率が所定温度変化率以下であると判定された場合には、燃料電池の温度が外気温に接近した均熱状態であり、燃料電池内の水蒸気が最大限に結露している。この状態で掃気処理を行うことにより、燃料電池内の生成水を効率的に除去することができる。なお温度検出手段にオフセット故障が発生した場合でも、温度変化率を検出することにより、燃料電池が均熱状態であることを正確に把握することができる。
【００１２】
請求項２または５に係る発明によれば、燃料電池の温度が第１所定温度を超える場合には、燃料電池内で生成水が凍結するおそれはないので、掃気処理を中止することにより、無駄なエネルギー消費を防止することができる。
【００１３】
請求項３または６に係る発明によれば、外気温が極端に低く温度変化率が所定温度変化率以下にならない場合でも、燃料電池が氷点下になる前の適切なタイミングで掃気処理を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態につき図面を参照して説明する。
（燃料電池システム）
図１は、燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。燃料電池システム１００は、カソードガスとアノードガスを供給し発電を行う燃料電池１を備えている。燃料電池１は、単位燃料電池（以下「単位セル」という。）を多数積層して電気的に直列接続したものである。単位セルは、膜電極構造体の両側にセパレータを配置したサンドイッチ構造をなす。詳述すると、膜電極構造体は、例えばフッ素系電解質材料等からなる固体高分子電解質膜（電解質膜）の両側にアノード電極とカソード電極を配置して構成されている。その膜電極構造体のアノード電極に面してアノード側セパレータが配置され、両者間にアノードガス流路１１が形成されている。また膜電極構造体のカソード電極に面してカソード側セパレータが配置され、両者間にカソードガス流路１２が形成されている。
【００１５】
この燃料電池１では、アノードガス流路１１にアノードガスとして水素ガス等の燃料ガスを供給し、カソードガス流路１２にカソードガスとして酸素を含む空気等の酸化剤ガスを供給する。すると、アノード電極で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソード電極まで移動する。この水素イオンがカソード電極で酸素と電気化学反応を起こして発電が行われ、発電に伴ってカソード電極側で水が生成される。
【００１６】
燃料電池１のアノードガス流路１１の入口側には、燃料ガス供給路１７が接続されている。燃料ガス供給路１７には、水素タンク１５と、燃料ガスの流通を遮断する電磁遮断弁（不図示）と、酸化剤ガスの圧力に応じて燃料ガスを減圧する減圧弁（不図示）と、燃料ガス供給路１７中の不純物を除去するフィルタ（不図示）と、燃料ガスの温度を調整する熱交換器（不図示）と、アノードオフガスを燃料ガス供給路１７に合流させるエゼクタ１９とが、順に設けられている。
【００１７】
また、燃料電池１のアノードガス流路１１の出口側からエゼクタ１９にかけて、アノード循環路１８が設けられている。
水素タンク１５から供給された燃料ガスは、燃料ガス供給路１７を通って燃料電池１のアノードガス流路１１に供給される。アノードオフガスは、アノード循環路１８を通ってエゼクタ１９に吸引され、水素タンク１５から供給される燃料ガスと合流し、再び燃料電池１に供給されて循環するようになっている。
【００１８】
アノード循環路１８から、電磁駆動式のパージ弁２１を介して、アノードオフガス排出配管２２が分岐されている。燃料電池１を循環するアノードオフガス中の不純物（水分や空気、窒素等）の濃度が高くなった場合など、燃料電池１の運転状態に応じて、定期的にパージ弁２１が開放され、アノードオフガス排出配管２２からアノードオフガスが排出されるようになっている。またアノード循環路１８から、電磁駆動式の掃気ガス排出弁２１ａを介して、掃気ガス排出配管２２ａが分岐されている。
アノードオフガスおよび掃気ガスは、未反応の燃料ガスを含んでいる。そのため、アノードオフガス排出配管２２および掃気ガス排出配管２２ａは希釈器３０に接続されている。希釈器３０は、アノードオフガスおよび掃気ガスをカソードオフガスで希釈して、外部に排出するものである。
【００１９】
一方、燃料電池１のカソードガス流路１２の入口側には、酸化剤ガス供給路８が連結されている。酸化剤ガス供給路８には、酸化剤ガスを供給するエアコンプレッサ７と、カソードオフガスを用いて酸化剤ガスを加湿する加湿器（不図示）とが設けられている。また、カソードガス流路１２の出口側にはカソードオフガス排出配管９が接続されている。カソードオフガス排出配管９は、加湿器を通り、背圧制御弁１０を介して希釈器３０に接続されている。また酸化剤ガス供給路８からバイパス流路３２が分岐され、希釈器３０に接続されている。バイパス流路３２には、バイパス流路３２の連通状態を切り替える希釈換気弁（不図示）が設けられている。
エアコンプレッサ７により加圧された空気は、酸化剤ガス供給路８を通って燃料電池１のカソードガス流路１２に供給される。この空気中の酸素が酸化剤として発電に供された後、燃料電池１からカソードオフガスとして排出される。
【００２０】
燃料電池１の内部には、冷却水が流通する冷媒流路４０が設けられている。また燃料電池１の外部には冷媒循環路４１が設けられ、冷却水は冷媒流路４０および冷媒循環路４１を循環するようになっている。冷媒循環路４１には、冷媒流路４０に冷却水を供給する冷却水ポンプ４２が設けられている。また冷媒循環路４１には、冷媒流路４０から排出された冷却水の熱交換を行うＦＣ系ラジエタ４４が設けられている。
燃料電池１は発電にともなって発熱するが、冷媒流路４０を流通する冷却水によって冷却される。燃料電池１から排出された冷却水は、ＦＣ系ラジエタ４４で熱交換を行った後に、冷却水ポンプ４２により再び燃料電池１に供給されて循環するようになっている。
【００２１】
（温度センサ）
アノードガス流路１１の出口付近のアノード循環路１８には、アノードガス（アノードオフガス）の温度を検出するアノードガス温度センサ（ＴＨ２ＳＴＫＯＵＴ）Ｔ１が設けられている。またカソードガス流路１２の出口付近のカソードオフガス排出配管９には、カソードガス（カソードオフガス）の温度を検出するカソードガス温度センサ（ＴＡＳＴＫＯＵＴ）Ｔ２が設けられている。また冷媒流路４０の出口付近の冷媒循環路４１には、冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ（ＴＷＳＴＫＯＵＴ）Ｔ３が設けられている。
【００２２】
（掃気ガス供給手段）
燃料電池システム１００は、反応ガス流路に掃気ガスを供給する掃気ガス供給手段を備えている。具体的には、アノードガス流路１１およびカソードガス流路１２に対して、エアコンプレッサ７から空気を供給する。アノードガス流路１１に空気を供給するため、酸化剤ガス供給路８から分岐して、掃気ガス導入路２４が設けられている。この掃気ガス導入路２４は、掃気ガス導入弁２３を介して燃料ガス供給路１７に接続されている。
【００２３】
また燃料電池システム１００は、各部の動作を制御するコントローラ６０を備えている。コントローラ６０は、アノードガス温度センサＴ１の検出値を用いて、燃料電池１の温度が第１所定温度以下であるか否かを判定する第１判定部として機能する。またコントローラ６０は、冷却水温度センサＴ３の検出値を用いて温度変化率を検出する温度変化率検出手段として機能する。さらにコントローラ６０は、検出された温度変化率が所定温度変化率以下であるか否かを判定する第２判定部として機能する。これらの詳細については後に述べる。
【００２４】
またコントローラ６０は、燃料電池１の発電が停止している状態で反応ガス流路を掃気する掃気制御部として機能する。
アノードガス流路１１を掃気する場合、まずコントローラ６０は、希釈換気弁、燃料ガス遮断弁、循環遮断弁、パージ弁２１および背圧制御弁１０を閉鎖するとともに、掃気ガス導入弁２３および掃気ガス排出弁２１ａを開放する。次にコントローラ６０は、エアコンプレッサ７を作動させ、掃気ガスとして空気を供給する。エアコンプレッサ７から供給された空気は、背圧制御弁１０が閉鎖されているためカソードガス流路１２には流入せず、掃気ガス導入弁２３が開放された掃気ガス導入路２４に流入し、さらに掃気ガス排出弁２１ａが開放されているためアノードガス流路１１に流入する。この掃気ガスは、アノードガス流路１１に残留する生成水およびアノード電極に付着した生成水を伴って、掃気ガス排出配管２２ａから排出される。
【００２５】
カソードガス流路１２を掃気する場合、まずコントローラ６０は、希釈換気弁、燃料ガス遮断弁、循環遮断弁、掃気ガス導入弁２３、パージ弁２１および掃気ガス排出弁２１ａを閉鎖するとともに、背圧制御弁１０を開放する。次にコントローラ６０は、エアコンプレッサ７を作動させ、掃気ガスとして空気を供給する。エアコンプレッサ７から供給された空気は、掃気ガス導入弁２３が閉鎖されているため掃気ガス導入路２４には流入せず、背圧制御弁１０が開放されているためカソードガス流路１２に流入する。この掃気ガスは、カソードガス流路１２に残留する生成水およびカソード電極に付着した生成水を伴って、カソードオフガス排出配管９から排出される。
【００２６】
（掃気方法）
次に、燃料電池システムの掃気方法について説明する。
図２は、本実施形態に係る燃料電池システムの掃気方法のフローチャートである。掃気処理は、燃料電池１のソーク期間（燃料電池が停止してから次に起動するまでの期間）に行う。そのため図４のフローチャートは、イグニッションスイッチがオフされた状態からスタートする。
【００２７】
まずＳ１０において、コントローラ６０がＲＴＣ監視を開始する。具体的には、所定時間（例えば５分）ごとに各温度センサを起動して温度を検出する。次にＳ１２において、アノードガス温度センサＴ１によりアノードガス温度ＴＨを検出する（アノードガス温度検出工程）。またＳ１４において、冷却水温度センサＴ３により冷却水温度ＴＷを検出する（冷却水温度検出工程）。次にＳ１６において、ＴＷ変化率を検出する（冷却水温度変化率検出工程）。具体的には、今回検出したＴＷと前回検出したＴＷとの差を求める。
次にＳ１８において、ＴＨが第１所定温度以下であるか判定し、なおかつＴＷ変化率が所定温度変化率以下であるか判定する（判定工程）。そして、Ｓ１８の判定がＹｅｓの場合（ＴＨが第１所定温度以下であり、なおかつＴＷ変化率が所定温度変化率以下である場合）には、Ｓ２２に進んで掃気処理を実施する（掃気工程）。
【００２８】
図３（ａ）はアノードガス温度（ＴＨ）の経時変化のグラフであり、図３（ｂ）は冷却水温度（ＴＷ）変化率の径時変化のグラフである。なお図３では、イグニッションスイッチがオフされ燃料電池が運転停止した時間を０としている。図３（ａ）に示すように、燃料電池１が運転を停止してから、アノードガス温度センサＴ１の検出値であるアノードガス温度ＴＨは単調に低下する。カソードガス温度センサＴ２の検出値であるカソードガス温度ＴＡおよび冷却水温度センサＴ３の検出値である冷却水温度ＴＷについても同様である。なおＴＨ，ＴＡおよびＴＷは燃料電池の温度に比例するから、ＴＨ，ＴＡおよびＴＷを用いて燃料電池の温度を推定することができる。
【００２９】
一方、図３（ｂ）に示すＴＷ変化率は、冷却水温度ＴＷと外気温との差に比例する。上記のように時間経過とともにＴＷが低下するので、図３（ｂ）に示すように時間経過とともにＴＷ変化率も低下している。そして長時間が経過し、燃料電池の温度が外気温に接近した均熱状態になると、ＴＷ変化率が０に接近する。
【００３０】
ところで、掃気処理は燃料電池１が氷点下になる前に行う必要がある。そこで、例えば燃料電池の温度が１０℃以下になった場合に掃気処理を行うことが考えられる。
ところが、冷却水温度センサＴ３にはオフセット故障が発生する場合がある。例えば＋５℃のオフセット故障が発生した場合には、実際の冷却水温度が４０℃であるにもかかわらず、冷却水温度センサＴ３の検出値は４５℃を示すことになる。この場合、燃料電池の温度の推定を誤ることになり、適切なタイミングで掃気処理を行うことが困難になる。
【００３１】
そこで本実施形態では、図３（ａ）に示すように、アノードガス温度センサＴ１の検出値であるアノードガス温度ＴＨを用いて、燃料電池１の温度が第１所定温度Ａ１（例えば１０℃）以下であるか否かを判定する。なお、ＴＨ自体が第１所定温度以下であるか否かを判定してもよい。このようにアノードガス温度センサＴ１の検出値であるアノードガス温度ＴＨを用いることで、冷却水温度センサＴ３にオフセット故障が発生した場合でも、燃料電池１が氷点下になる前の適切なタイミングで掃気処理を行うことができる。
なお、アノードガス温度センサＴ１にオフセット故障が発生する場合もありうる。この場合には、ＴＨだけでなくＴＡやＴＷからも燃料電池１の温度を推定し、推定温度のうち最低値と第１所定温度とを比較すればよい。
【００３２】
また本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、ＴＷ変化率が所定温度変化率Ｄ以下であるか否かを判定する。ＴＷ変化率は今回検出したＴＷと前回検出したＴＷとの差であるから、冷却水温度センサＴ３にオフセット故障が発生した場合でも、そのオフセット分を排除することができる。これにより、オフセット故障の有無にかかわらず、燃料電池が均熱状態であることを正確に把握することができる。
燃料電池が均熱状態になると、燃料電池内の水蒸気が最大限に結露する。この状態で掃気を行うことにより、燃料電池内の生成水を効率よく排出することができる。
【００３３】
なお、燃料電池の温度が第１所定温度以下であるか否かを先に判定し（第１判定工程）、第１所定温度以下であると判定された際に、ＴＷ変化率が所定温度変化率以下であるか否かを判定してもよい（第２判定工程）。この第１判定工程において、燃料電池の温度が第１所定温度を超えると判定された際には、第２判定工程および掃気工程を行わない。燃料電池１の温度が第１所定温度を超える場合には、燃料電池内で生成水が凍結するおそれはないので、掃気処理を中止することにより、無駄なエネルギー消費を防止することができる。
【００３４】
図２に戻り、Ｓ１８の判定がＮｏの場合には掃気処理を行わない。この場合はＳ２０に進み、次回のＴＷ変化率の検出用にＴＷを記憶して、Ｓ２０のＲＴＣ監視を継続する。
一方、Ｓ２２において掃気処理を行った後は、Ｓ２４に進んでＲＴＣ監視を停止し、全ての処理を終了する。
【００３５】
図４は、本実施形態の変形例に係る燃料電池システムの掃気方法のフローチャートである。なお本実施形態と同じ工程については詳細な説明を省略する。
上述した実施形態では、ＴＨが第１所定温度（例えば１０℃）以下になっても、ＴＷ変化率が所定温度変化率以下にならなければ、掃気処理を行わない。そのため、外気温が極端に低い場合には、燃料電池が氷点下になっても、ＴＷ変化率が所定温度変化率以下にならない可能性がある。
【００３６】
そこで、この変形例では、Ｓ１２においてアノードガス温度ＴＨを検出した後に、Ｓ１３においてＴＨが第２所定温度（例えば５℃）より小さいか判定する。そして、Ｓ１３の判定がＹｅｓの場合には、Ｓ２２に進んで直ちに掃気処理を実施する。これにより、外気温が極端に低くＴＷ変化率が所定温度変化率以下にならない場合でも、燃料電池が氷点下になる前の適切なタイミングで掃気処理を行うことができる。
【００３７】
なお、この発明は上述した実施形態に限られるものではない。
例えば、実施形態ではアノードガス温度ＴＨと第１所定温度とを比較したが、カソードガス温度ＴＡと第１所定温度とを比較してもよく、冷却水温度ＴＷと第１所定温度とを比較してもよい。また、これらを組み合わせて行ってもよい。
一方、実施形態ではＴＷ変化率と所定温度変化率とを比較したが、ＴＨ変化率と所定温度変化率とを比較してもよく、ＴＡ変化率と所定温度変化率とを比較してもよい。また、これらを組み合わせて行ってもよい。ただし、ＴＨ変化率やＴＡ変化率に比べてＴＷ変化率の変動幅は大きくなるので、ＴＷ変化率を採用すれば所定温度変化率との比較精度を高めることができる。
また、図１に示す燃料電池システムは一例であり、他の構成を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態に係る燃料電池システムの掃気方法のフローチャートである。
【図３】（ａ）はアノードガス温度の経時変化のグラフであり、図３（ｂ）は冷却水温度変化率の径時変化のグラフである。
【図４】実施形態の変形例に係る燃料電池システムの掃気方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００３９】
Ａ１…第１所定温度  Ａ２…第２所定温度  Ｄ…所定温度変化率  Ｓ１２…アノードガス温度検出工程  Ｓ１４…冷却水温度検出工程  Ｓ１６…冷却水温度変化率検出工程  Ｓ１８…判定工程  Ｓ２２…掃気工程  Ｔ１…アノードガス温度センサ（反応ガス温度検出手段）  Ｔ２…カソードガス温度センサ（反応ガス温度検出手段）  Ｔ３…冷却水温度センサ（冷却流体温度検出手段）  ＴＡ…カソードガス温度  ＴＨ…アノードガス温度  ＴＷ…冷却水温度  １…燃料電池  ７…エアコンプレッサ（掃気ガス供給手段）  ４０…冷媒流路  ６０…コントローラ（掃気制御部、温度変化率検出手段、第１判定部、第２判定部）  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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