(57)【要約】【課題】水素循環経路内の不純物を適切に排出しつつ、アノードオフガスに含まれる水素を効率よく循環させる技術を提供する。【解決手段】不純物濃縮制御装置は、電解質膜をガス拡散電極で挟んだ膜電極接合体（３１）を介して対設されるアノード側室（３２）及びカソード側室（３３）を含み、アノードオフガスを導入路（２５）からアノード側室に取り込み、アノード側室内のアノードオフガス中の水素を電気化学反応によりアノード側室からカソード側室へ移動させることによりアノードオフガス中の水素と水素以外の不純物とを分離させる水素分離手段（７）と、アノード側室内の滞留ガスを循環経路外へ導く排気路（２７）へ排気する排気手段（１７）と、膜電極接合体のアノードの少なくとも２箇所の局所電流を検出する電流検出手段（１５）と、この電流検出手段により検出された少なくとも２箇所の局所電流値に基づいて排気手段における滞留ガスの排気量を制御する制御手段（２０）と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池から排出されたアノードオフガスを該燃料電池で再利用するために循環させる循環経路を有する燃料電池システムの不純物濃縮制御装置であって、
電解質膜をガス拡散電極で挟んだ膜電極接合体を介して対設されるアノード側室及びカソード側室を含み、前記アノードオフガスを導入路から該アノード側室に取り込み、該アノード側室内のアノードオフガス中の水素を電気化学反応により該アノード側室から該カソード側室へ移動させることによりアノードオフガス中の水素と水素以外の不純物とを分離させる水素分離手段と、
前記アノード側室内の滞留ガスを前記循環経路外へ導く排気路へ排気する排気手段と、
前記膜電極接合体のアノードの少なくとも２箇所の局所電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出された少なくとも２箇所の局所電流値に基づいて前記排気手段における滞留ガスの排気量を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする不純物濃縮制御装置。
【請求項２】
前記電流検出手段は、前記膜電極接合体のアノードにおける前記排気路近辺の位置の第１局所電流値と該第１局所電流値の位置から所定幅分前記導入路方向側に近寄った位置の第２局所電流値とを検出し、
前記制御手段は、前記滞留ガスが排気されないように前記排気手段を制御した状態において、前記第２局所電流値が第１閾値より小さくなると、前記滞留ガスが所定量排気するように前記排気手段を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の不純物濃縮制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記第１閾値よりも小さい電流値を示す第２閾値及び第３閾値を保持し、前記滞留ガスが所定量排気するように前記排気手段を制御した後、前記第２局所電流値が該第２閾値以下となるか、又は、前記第１局所電流値が該第３閾値以上となった場合に、前記滞留ガスの排気量を補正する、
ことを特徴とする請求項２に記載の不純物濃縮制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記滞留ガスの排気量を補正する際に、その補正回数に応じて小さくなるように補正量を決定する、
ことを特徴とする請求項３に記載の不純物濃縮制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムの不純物濃縮制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムには、燃料電池において発電に供されなかった水素ガスを燃料電池に再度供給する水素ガス循環経路が設けられたものがある。この水素ガス循環経路には、燃料電池の燃料ガス電極（アノード）からの排気ガス（以降、アノードオフガスと表記する）が送り込まれる。アノードオフガスには窒素等の水素以外の不純物が含まれるため、循環されるうちに当該アノードオフガス中の水素濃度は低下する。
【０００３】
これにより、アノードオフガスから水素ガスを選択的に取り出し水素以外の不純物を効率よく排気するための手法が提案されている。例えば、電気化学的水素ポンプとも呼ばれる不純物濃縮器を水素ガス循環経路に設け、この不純物濃縮器により化学反応を用いて水素ガスを選択的に取り出し、不純物排気バルブを制御することにより水素以外の不純物を濃縮し排出する手法が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９１５６８１号公報
【特許文献２】特開２００５−３０２６４８号公報
【特許文献３】特開２００５−１６６４９８号公報
【特許文献４】特開２００６−１９１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のような従来手法では、不純物排気バルブを適切に制御し効率よく不純物ガスのみを排気することは困難であった。不純物排気バルブを必要以上に開いた場合には、水素ガスが排出されることになり燃費の悪化に繋がる。逆に、不純物排気バルブを必要以上に閉じた場合には、アノードオフガスの水素濃度が低下し、上記不純物濃縮器へ印加される電圧の増加や不純物濃縮器内の触媒の劣化等を引き起こす可能性がある。
【０００６】
本発明の課題は、このような問題点に鑑み、水素循環経路内の不純物を適切に排出しつつ、アノードオフガスに含まれる水素を効率よく循環させる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明における各態様は、上述した課題を解決するために以下の手段をそれぞれ採用する。即ち、本発明の第１態様は、燃料電池から排出されたアノードオフガスを当該燃料電池で再利用するために循環させる循環経路を有する燃料電池システムの不純物濃縮制御装置に関する。第１態様に係る不純物濃縮制御装置は、電解質膜をガス拡散電極で挟んだ膜電極接合体を介して対設されるアノード側室及びカソード側室を含み、アノードオフガスを導入路からアノード側室に取り込み、アノード側室内のアノードオフガス中の水素を電気化学反応によりアノード側室からカソード側室へ移動させることによりアノードオフガス中の水素と水素以外の不純物とを分離させる水素分離手段と、アノード側室内の滞留ガスを循環経路外へ導く排気路へ排気する排気手段と、膜電極接合体のアノードの少なくとも２箇所の局所電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段により検出された少なくとも２箇所の局所電流値に基づいて排気手段における滞留ガスの排気量を制御する制御手段と、を備える。
【０００８】
第１態様に係る不純物濃縮制御装置では、水素分離手段のアノード側室において、燃料電池から排出されたアノードオフガスが取り込まれ、このアノードオフガスから水素が分離されて残った不純物が滞留ガスとして滞留する。水素分離手段における膜電極接合体のアノードに流れる電流は、例えば、この滞留ガスの水素濃度分布(又は不純物分布)に応じて変化する。そこで、第１態様では、水素分離手段における膜電極接合体のアノードにおいて検出された少なくとも２箇所の局所電流に基づいて当該滞留ガスの排気量が決定され、当該滞留ガスはこの排気量で排気手段から排気路へ送られることで、循環経路外へ排気される。
【０００９】
当該滞留ガスには、不純物と共に、アノードオフガスに含まれ当該水素分離手段で分離されないで残る水素が含まれる。第１態様では、この滞留ガスの水素濃度分布(又は不純
物分布)などに応じて変化する少なくとも２箇所の電流値に応じて適切な排気量で不純物
を排気するため、例えば排出される水素が多量となることを防ぐことができる。
【００１０】
従って、第１態様によれば、水素分離手段によりアノードオフガスに含まれる水素をカソード側室へ同アノードオフガスに含まれる水素以外の不純物をアノード側室へと分離することができ、このカソード側室へ取り出された水素を循環経路で再利用することができるため、アノードオフガスに含まれる水素を効率よく循環させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、水素循環経路内の不純物を適切に排出しつつ、アノードオフガスに含まれる水素を効率よく循環させる技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１における燃料電池システムの一部構成例を示す図。
【図２】不純物濃縮器７の詳細構成例を示す概念図。
【図３Ａ】不純物濃縮器７のアノード側室３２内の水素分布と膜電極接合体３１のアノードで取り出される電子分布との関係を示す概念図である。
【図３Ｂ】不純物濃縮器７のアノード側室３２内の水素分布と膜電極接合体３１のアノードで取り出される電子分布との関係を示す概念図である。
【図３Ｃ】不純物濃縮器７のアノード側室３２内の水素分布と膜電極接合体３１のアノードで取り出される電子分布との関係を示す概念図である。
【図３Ｄ】不純物濃縮器７のアノード側室３２内の水素分布と膜電極接合体３１のアノードで取り出される電子分布との関係を示す概念図である。
【図４】実施例１における燃料電池システムの不純物濃縮制御を示す図。
【図５】変形例における不純物濃縮器７の詳細構成例を示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態としての燃料電池システムについて具体例を挙げ説明する。なお、以下に述べる各実施例の構成はそれぞれ例示であり、本実施形態は以下の実施例の構成に限定されない。
【実施例１】
【００１４】
以下、実施例１における燃料電池システムについて説明する。
【００１５】
〔システム構成〕
図１は、実施例１における燃料電池システムの一部構成例を示す図である。実施例１における燃料電池システムは、水素ガス供給装置１、燃料電池３、気液分離器５、不純物濃縮器７、循環ポンプ９、ＥＣＵ（Electric Control Unit）２０等を備える。
【００１６】
水素ガス供給装置１は、燃料ガスとしての水素ガスを供給する。水素ガス供給装置１から供給される水素ガスは、図示しない流量調整弁等により流量制御され、配管２２へ送り出される。
【００１７】
燃料電池３は、電解質膜の両面をガス拡散電極（燃料ガス電極（アノード）及び酸化剤ガス電極（カソード））で挟み更にその両側をガス供給路の設けられたセパレータで挟むようにしてそれぞれ形成されるセルが複数積層されることにより構成されている。なお、このセルでは、電解質膜と燃料ガス電極及び酸化剤ガス電極との接合体としてＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）を用いるようにしてもよいしＭＥＧＡ（Membrane Electrode ＆ Gas Diffusion Layer Assembly）を用いるようにしてもよい。
【００１８】
燃料電池３は、各セルにおいて、供給された水素ガスと酸化剤ガスとを電解質膜を介してそれぞれ反応させることにより発電を行う。ここで発電に供されなかったアノードオフガスは、アノードオフガス出口から排出され、配管２４を通り、気液分離器５へ送られる。
【００１９】
気液分離器５は、配管２４を通るアノードオフガスから液層成分（生成水）を除去する。気液分離器５は、機器内に取り込まれたアノードオフガスに含まれる水蒸気を壁面等で凝縮させることにより気液分離する。液層成分の除去されたアノードオフガスは、配管２５へ送り出される。
【００２０】
不純物濃縮器７は、配管２５から送り込まれるアノードオフガスを化学反応により水素とそれ以外の不純物とに分離させる。この不純物には主に窒素が含まれる。以降、この不純物を不純物ガス、窒素、窒素ガス等と表記する。不純物濃縮器７は、アノードオフガスから選択的に取り出された水素ガスを配管２８へ送り、水素以外の不純物ガスを濃縮し、配管２７へ送る。なお、不純物濃縮器７の詳細構成については後述する。
【００２１】
循環ポンプ９は、回転駆動用のモータ等を備え、配管２８とアノードオフガスを再度燃料電池３へ循環させる配管２９との間に配置される。循環ポンプ９は、燃料電池３から排出され配管２８を通ってきたアノードオフガスを燃料電池３へ再供給するために、当該アノードオフガスを水素ガス供給装置１から供給された水素ガスが通る配管２２へ送り出す。これにより、循環ポンプ９により送り出されたアノードオフガスは、水素ガス供給装置１から供給される水素ガスと配管２２により混合され、燃料電池３へ再供給される。
【００２２】
このように、実施例１における燃料電池システムでは、燃料電池３から発電に供されず送出されたアノードオフガスが再び燃料電池３へ供給される水素ガス循環経路が形成されている。この水素ガス循環経路は、配管２４、気液分離器５、配管２５、不純物濃縮器７、配管２８、循環ポンプ９、配管２９等により形成される。なお、水素ガス循環経路には、気液分離器５を通過したアノードオフガスを不純物濃縮器７を回避して循環ポンプ９方向へ送る迂回配管２６が設けられる。
【００２３】
〔不純物濃縮器〕
図２は、不純物濃縮器７の詳細構成例を示す概念図である。図２に示すように、不純物濃縮器７は、電解質膜の両面をガス拡散電極で挟んだ膜電極接合体３１を挟んで対設されるアノード側室３２及びカソード側室３３、排気弁１７、駆動回路１２等を備える。アノード側室３２は、一端で燃料電池から排出されたアノードオフガスを取り込む導入配管２５に接続され、他端でアノード側室３２内のガスを排気する排気配管２７に接続される。カソード側室３３は、燃料電池３の水素ガス入口側の配管２８に繋がる。排気弁１７は排気配管２７に設置される。
【００２４】
不純物濃縮器７は、導入配管２５からアノード側室３２に取り込まれたアノードオフガスからカソード側室３３へ水素ガスを選択的に取り出し、この水素ガスを配管２８に導く。一方で、不純物濃縮器７は、アノード側室３２において分離された水素以外の不純物ガスを排気配管２７に導く。不純物濃縮器７は、この不純物ガスを排気弁１７でアノード側室３２内に滞留させることにより不純物濃縮を行う。
【００２５】
不純物濃縮器７における水素と不純物との分離は以下のように行われる。アノード側室３２に導かれたアノードオフガス中の水素は、膜電極接合体３１のアノードを構成する触媒層における酸化反応により水素イオン（プロトン）と電子とに分離され、プロトンは電解質膜を透過してカソードに移動し、電子は配線１３を通りカソードに移動する。カソードでは、カソードを構成する触媒層において、プロトンと電子とによる還元反応が行われ水素が生成される。これにより水素ガスがカソード側室３３へ取り出され、水素ガス循環経路に送られる。一方、アノード側室３２において水素が取り除かれた不純物ガスは、排気弁１７で滞留し、排気弁１７が開かれると排気弁１７を通過して水素ガス循環経路の外部へ送られる。
【００２６】
不純物濃縮器７内の膜電極接合体３１には、アノード側室３２内のアノードオフガスから水素を選択的に取り出すために配線１３に所望の電流が流れるように制御する駆動回路１２が接続されている。配線１３は、膜電極接合体３１のアノード側の複数箇所に接続される。図２は概念図であるため４箇所に接続される例を示すが、本発明はこの接続箇所の数に限定するものではない。
【００２７】
実施例１では、膜電極接合体３１のアノードに接続される配線１３に電流センサ１５が接続される。実施例１では、電流センサ１５Ａ及び１５Ｂにより、膜電極接合体３１のアノードの２箇所の局所電流がそれぞれ検出される。なお、この電流センサ１５により３箇所以上の局所電流が検出されるようにしてもよい。局所電流の検出数が多ければ精密な制御が可能となるが、電流センサの数が増加し制御が複雑となることにより、回路規模やコストの増大を引き起こす場合がある。
【００２８】
以下、局所電流の検出位置の決定手法について説明する。
【００２９】
膜電極接合体３１のアノードの各局所電流は、不純物濃縮器７のアノード側室３２内のガス分布に応じて変化する。ここで、膜電極接合体３１のアノードで取り出される電子分布とアノード側室３２内の水素分布との関係について図３Ａ、３Ｂ、３Ｃ及び３Ｄを用いて説明する。図３Ａ、３Ｂ、３Ｃ及び３Ｄは、不純物濃縮器７のアノード側室３２内の水素分布と膜電極接合体３１のアノードで取り出される電子分布との関係を示す概念図である。符号４１から４４は、アノードにおける排気配管２７に近い位置から導入配管２５に近い位置への方向の各位置を示す。位置４１は、アノードにおける排気配管２７に最も近い位置の周辺を示し、アノードにおける不純物ガスが滞留し始める位置に相当する。位置４４は、他の位置に較べ、導入配管２５に最も近く排気配管２７から最も遠い位置であり、排気弁１７の開放により不純物ガスが他の位置より早くなくなる位置に相当する。位置４２及び４３は、上記位置４１と位置４４との中間に位置する。
【００３０】
燃料電池システムの起動直後、排気弁１７の開放直後などのような不純物濃縮の開始時点では、不純物濃縮器７のアノード側室３２内に滞留する不純物が少なく、配管２５から導入されるアノードオフガスがそのまま不純物濃縮器７のアノード側室３２に滞留される。よって、アノード側室３２内のアノードオフガスの水素濃度は略一様となるため、膜電極接合体３１の略全領域において化学反応が生ずる（図３Ａ参照）。従って、この図３Ａに示される状態では、膜電極接合体３１のアノードの略全領域で同様に電子が取り出され
るため、どの位置（符号４１から４４）においても局所電流は略同様となる。
【００３１】
この図３Ａの状態で排気弁１７を開いた場合、排出される水素の量が多くなり燃費が悪化するため好ましくない。よって、このような状態となる前の状態を検出する必要がある。
【００３２】
不純物濃縮が進行すると、水素が取り除かれた不純物が排気配管２７内及びアノード側室３２の排気配管２７側に滞留し始めるため（図３Ｂ参照）、アノード側室３２内の水素濃度は、排気配管２７に近い領域において低くなる。これにより、電解質膜の反応領域が導入配管２５側へ偏り、結果としてアノードの反応領域の面積が減り、反応領域における電流密度が増加する。従って、図３Ｂに示される状態では、位置４１で反応が起こらず、この位置４１の局所電流は低下する。
【００３３】
よって、このような図３Ｂの状態は、アノードの排気配管２７近辺にある位置４１の局所電流の低下を検出することにより、上記図３Ａの状態と区別可能となる。
【００３４】
不純物濃縮が更に進行すると、不純物ガスのアノード側室３２内への滞留が進み、アノード側室３２内に滞留する不純物ガスの分布が拡大し導入配管２５側へ近づく（図３Ｃ参照）。よって、電解質膜の反応領域が導入配管２５側へ更に偏り、結果としてアノードの反応領域の面積が更に減少し、反応領域における電流密度が更に増加する。従って、図３Ｃに示される状態では、図３Ｂに示される状態よりもアノードの排気配管２７から離れた位置４３での局所電流も低下する。
【００３５】
よって、このような図３Ｃの状態は、位置４３での局所電流の低下を検出することにより特定可能である。
【００３６】
図３Ｃの状態から不純物濃縮が更に進行すると、アノード側室３２内の略全域において不純物ガスが充満し、膜電極接合体３１のアノードの導入配管２５に近い位置４４の一部領域でのみ反応が起こるようになる。このような状態になると膜電極接合体３１への印加電圧が急増する。膜電極接合体３１において水の電気分解が始まることがその一つの要因である。
【００３７】
このような図３Ｄの状態では、膜電極接合体３１への印加電圧が急増することによるエネルギーロスが生じる。更に、アノードで発生する水の電気分解などにより、膜電極接合体３１の触媒の劣化を引き起こす可能性がある。従って、図３Ｄの状態となるまで不純物濃縮器７で不純物濃縮を行うことは好ましくないため、このような状態となる前の状態を検出することが望ましい。これは、図３Ｃの状態を特定するための局所電流の低下を検出することにより図３Ｄの状態となる前の状態を検出することに繋がる。
【００３８】
以上により、上記位置４１及び４３の各局所電流を検出することにより、水素ガス循環経路内の不純物を適切に排出しつつ、燃費を悪化させることなく水素を効率よく循環させ得る不純物分布を特定することができる。
【００３９】
実施例１では、電流センサ１５Ａが上記位置４３の局所電流を検出するように設置され、電流センサ１５Ｂが位置４１の局所電流を検出するように設置される。具体的には、電流センサ１５Ｂは、膜電極接合体３１のアノードにおける排気配管２７近辺の位置の局所電流を検出するように設置される。電流センサ１５Ａは、電流センサ１５Ｂの検出位置から所定幅分、導入配管２５に近づいた位置の局所電流を検出するように設置される。電流センサ１５Ｂの検出位置は、例えば、アノードにおける導入配管２５に最も近い位置から排気配管２７に最も近い位置への方向の間の導入配管２５側から３分の１から２分の１の
位置に決定される。
【００４０】
なお、実施例１では、位置４２と位置４３とを区別しなくとも上記効果を得ることができるため、回路規模やコストの増大を防ぐために位置４２の局所電流を検出する手段を設けていないが、位置４２の局所電流を検出するようにしてもよい。
【００４１】
〔ＥＣＵ〕
ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、メモリ、入出力インタフェース等
により構成される。ＥＣＵ２０は、メモリに格納された制御プログラムをＣＰＵに実行させることにより以下に説明する不純物濃縮制御を行う。この不純物濃縮制御において、ＥＣＵ２０は、水素ガス循環経路内の不純物ガスを適切に排出しつつ、アノードオフガスに含まれる水素ガスが効率よく循環するように、排気弁１７の開閉又は開度を制御する。この不純物濃縮制御において、ＥＣＵ２０は、電流センサ１５Ａ及び１５Ｂから送られる各局所電流値に基づいて不純物濃縮器７のアノード側室３２内の不純物分布を推定し、この推定された不純物分布が図３Ａ及び３Ｄの状態とならないように排気弁１７を制御する。
【００４２】
ＥＣＵ２０は、電流センサ１５Ａで検出される局所電流のための第１電流閾値及び第１補正電流閾値、並びに、電流センサ１５Ｂで検出される局所電流のための第２補正電流閾値を予めメモリ等に保持する。なお、第１補正電流閾値は、第１電流閾値よりも低い電流値に設定される。これら閾値は、不純物濃縮器７の特性などに応じてシミュレーション等により予め決定される。更に、ＥＣＵ２０は、排気弁１７に関し所定初期開度及び所定初期補正開度を予めメモリ等に保持する。これら所定開度は、排気弁の特性、不純物濃縮器７の特性、不純物濃縮制御の制御性等に応じてシミュレーション等により予め決定される。
【００４３】
ＥＣＵ２０は、第１電流閾値及び第１補正電流閾値、並びに第２補正電流閾値を用いることにより、排気弁１７の開度を制御する。排気弁１７の開度制御において、ＥＣＵ２０は、濃縮開始時には所定初期開度に設定し、その後、所定初期補正開度から修正された補正開度によって排気弁１７の開度を補正する。このようなＥＣＵ２０による不純物濃縮制御については動作例の項において詳述する。
【００４４】
〔動作例〕
以下、本実施形態における燃料電池システムの動作例について図４を用いて説明する。図４は、実施例１における燃料電池システムの不純物濃縮制御を示す図である。図４のグラフ（Ａ）が不純物濃縮器７に接続される配線１３に流れる総電流の変化を示し、図４のグラフ（Ｂ）が電流センサ１５Ｂで検出される局所電流の変化を示し、図４のグラフ（Ｃ）が電流センサ１５Ａで検出される局所電流の変化を示し、図４のグラフ（Ｄ）が排気弁１７の開度の制御状態を示す。
【００４５】
ＥＣＵ２０は、濃縮開始時には、排気弁１７を閉じた状態で所定電圧を不純物濃縮器７に印加するように駆動回路１２に指示する。これにより、図４のグラフ（Ａ）に示すように、不純物濃縮器７に接続される配線１３には所定の電流が流れ始める。このときの不純物濃縮器７のアノード側室３２内のガス状態は、図３（Ａ）の状態であるため、電流センサ１５Ａ及び１５Ｂでは共に、或る局所電流値が検出される。
【００４６】
排気弁１７が閉じられているため、その後、不純物濃縮器７のアノード側室３２内に滞留する不純物が徐々に増加し、不純物濃縮器７における膜電極接合体３１の反応面積が徐々に減少する。これにより、電流センサ１５Ｂで検出される局所電流値が低下する。一方、電流センサ１５Ａで検出される局所電流値は変化しない。このときの不純物濃縮器７のアノード側室３２内のガス状態は、図３（Ｂ）の状態である。
【００４７】
更に、不純物濃縮が継続されると、電流センサ１５Ａで検出される局所電流値が低下し始める。このとき、電流センサ１５Ｂでは殆ど検出されない。そこで、ＥＣＵ２０は、電流センサ１５Ａから送られる局所電流値が第１電流閾値より低くなると、上記図３Ｄの状態に近づきつつあると推定し、排気弁１７を所定初期開度、開くように制御する。これにより、アノード側室３２内で濃縮され滞留されていた不純物が排気弁１７から排出される。
【００４８】
この所定初期開度は図３Ｄに近づきつつある状態から図３Ａの状態へ急速に遷移する程の開度には設定されない。図４の例では、所定初期開度は、図３Ｄの状態に近づく方向でより緩やかに遷移するような開度、即ち、不純物が排出される量よりも滞留する量が多くなる程度の開度に設定される。従って、電流センサ１５Ａで検出される局所電流は更に低下する。
【００４９】
ＥＣＵ２０は、電流センサ１５Ａで検出される局所電流値が第１補正電流閾値となると、そのとき設定されている初期開度を所定初期補正開度で補正する。具体的には、ＥＣＵ２０は、排気弁１７の開度が所定初期開度から更に所定初期補正開度分、開くように制御する。このとき設定されている開度は、不純物が滞留する量よりも不純物が排出される量が多くなる開度となっているため、不純物濃縮器７のアノード側室３２内のガス状態は、図３Ａの状態に近づく方向で遷移する。結果として、電流センサ１５Ａで検出される局所電流値は初期時の値で安定するようになり、電流センサ１５Ｂで検出される局所電流値が増加し始める。
【００５０】
ＥＣＵ２０は、電流センサ１５Ｂで検出される局所電流値が第２補正電流閾値となると、図３Ｂの状態から図３Ａの状態へ近づきつつあると推定し、その時設定されている排気弁１７の開度を閉じる方向に補正する。ＥＣＵ２０は、このときの排気弁１７の開度補正量を前回の補正量（所定初期補正開度）の所定割合となるように決定する。この所定割合としては例えば８０から９０パーセント以下となるように設定される。これにより、排気弁１７は不純物が滞留する量が不純物が排出される量よりも多くなる開度に設定される。結果として、不純物濃縮器７のアノード側室３２内のガス状態は、図３Ｄの状態への方向で遷移し始める。
【００５１】
以降、ＥＣＵ２０は、第１電流閾値を用いることなく、第１補正電流閾値及び第２補正電流閾値を用いて、上述と同様に、排気弁１７の開度を補正する。そして、補正の度に、その補正量は低減される。これにより、補正量が現状にあわせて収束していくことで、安定した状態となり、排気弁１７の制御回数を減らすことができる。
【００５２】
このように実施例１では、不純物濃縮時において、電流センサ１５Ａにより検出される局所電流が第１電流閾値以下となることを検出し排気弁１７を所定初期開度、開放することにより不純物濃縮速度を緩める。
【００５３】
続いて、実施例１では、電流センサ１５Ａにより検出される局所電流が第１補正電流閾値以下となることを検出し排気弁１７を更に開くことにより、不純物濃縮を止め、不純物濃縮器７内に不純物ガスが充満し、膜電極接合体３１のアノードの一部領域でのみ反応が起こるようになる状態（図３Ｄ状態）になることを防ぐ。
【００５４】
これにより、実施例１によれば、不純物濃縮器７において不純物濃縮の行き過ぎによる印加電圧の急増及び触媒劣化を防止することができる。
【００５５】
更に、実施例１では、不純物排気時（排気弁１７開放時）において、電流センサ１５Ｂ
により検出される局所電流が第２補正電流閾値以上となることを検出し排気弁１７を上記所定初期補正開度より小さく設定された補正開度分閉じることにより、不純物濃縮器７内に滞留する不純物の量が少なくなりすぎるのを防ぐ。
【００５６】
これにより、実施例１によれば、不純物濃縮器７において、不純物排出の行き過ぎによる水素排出量の増大を防ぎ、燃費の悪化を防止することができる。
【００５７】
［変形例］
図５は、変形例における不純物濃縮器７の詳細構成例を示す概念図である。
【００５８】
上述の実施例１では、電流センサ１５Ｂがアノードにおける排気配管２７に近い位置４１の局所電流を検出していたが、図５に示すように、その位置４１から所定距離、排気配管２７から遠ざかる位置の局所電流を検出するようにしてもよい。このようにすれば、水素の排出を一層防ぐことができ、燃費の向上に繋がる。
【符号の説明】
【００５９】
３  燃料電池
７  不純物濃縮器
１２  駆動回路
１３  配線
１５、１５Ａ、１５Ｂ  電流センサ
１７  排気弁
２０  ＥＣＵ（Electric Control Unit）
２５  導入配管
２７  排気配管
３１  膜電極接合体
３２  アノード側室
３３  カソード側室
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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