(57)【要約】【課題】希釈システム４０のオーバーフローを防止することが可能な燃料電池システム１を提供する。【解決手段】燃料電池１０の発電停止時に、一対の封入弁３４，３８によるカソード経路３５の封じ込めを行うとともに、遮断弁２４およびパージ弁２８によるアノード経路２５の封じ込めを行う一方で、燃料電池システム１の起動時に、一対の封入弁３４，３８によるカソード経路３５の封じ込めを解除した後に、パージ弁２８によるアノード経路２５の封じ込めを解除してアノードガスの排出を許可するパージ処理を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜を挟んでカソード経路およびアノード経路が形成され、前記カソード経路にカソードガスを供給し前記アノード経路にアノードガスを供給して発電を行う燃料電池と、
前記カソード経路にカソードガスを供給するカソード供給経路と、
前記カソード経路からカソードオフガスを排出するカソード排出経路と、
前記アノード経路にアノードガスを供給するアノード供給経路と、
前記アノード経路からアノードオフガスを排出するアノード排出経路と、
前記カソードガス供給経路およびカソード排出経路にそれぞれ配置された一対のカソード遮断手段と、
前記アノード供給経路に配置されたアノード遮断手段と、
前記アノード排出経路に配置されたアノード排出手段と、
前記カソード排出経路および前記アノード排出経路の下流側に設けられたオフガス処理手段と、
前記燃料電池の発電停止時に、前記一対のカソード遮断手段による前記カソード経路の封じ込めを行うとともに、前記アノード遮断手段および前記アノード排出手段による前記アノード経路の封じ込めを行う制御部と、
を備えた燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記燃料電池システムの起動時に、前記一対のカソード遮断手段による前記カソード経路の封じ込めを解除した後に、前記アノード排出手段による前記アノード経路の封じ込めを解除してアノードガスの排出を許可するパージ処理を行うことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記カソード経路に存在するアノードガス量を取得するアノードガス量取得手段を有し、
前記制御部は、前記アノードガス量取得手段により取得されたアノードガス量に基づいて、前記一対のカソード遮断手段による前記カソード経路の封じ込めを解除してから前記パージ処理を許可するまでの時間を算出することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記アノードガス量取得手段は、前記燃料電池の発電停止から前記燃料電池システムの再起動までのソーク時間が長いほど、前記カソード経路に存在するアノードガス量が多いと推定することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記燃料電池システムの再起動時において、前記一対のカソード遮断手段による前記カソード経路の封じ込めを解除して前記カソード経路へのカソードガスの供給を開始するとともに、前記アノード遮断手段による前記アノード経路の封じ込めを解除して前記アノード経路へのアノードガスの供給を開始し、前記燃料電池の発電性能が所定性能以上になった場合に、前記燃料電池からの電流の取り出しを許可することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記燃料電池の発電性能が前記所定性能以上となる前には、前記燃料電池からの電流の取り出しを制限することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
固体高分子電解質膜を挟んでカソード経路およびアノード経路が形成され、前記カソード経路にカソードガスを供給し前記アノード経路にアノードガスを供給して発電を行う燃料電池と、
前記カソード経路にカソードガスを供給するカソード供給経路と、
前記カソード経路からカソードオフガスを排出するカソード排出経路と、
前記アノード経路にアノードガスを供給するアノード供給経路と、
前記アノード経路からアノードオフガスを排出するアノード排出経路と、
前記カソードガス供給経路およびカソード排出経路にそれぞれ配置された一対のカソード遮断手段と、
前記アノード供給経路に配置されたアノード遮断手段と、
前記アノード排出経路に配置されたアノード排出手段と、
前記カソード排出経路および前記アノード排出経路の下流側に設けられたオフガス処理手段と、
前記燃料電池の発電停止時に、前記一対のカソード遮断手段による前記カソード経路の封じ込めを行うとともに、前記アノード遮断手段および前記アノード排出手段による前記アノード経路の封じ込めを行う制御部と、
を備えた燃料電池システムの起動方法であって、
前記制御部は、前記燃料電池システムの起動時に、前記一対のカソード遮断手段による前記カソード経路の封じ込めを解除した後に、前記アノード排出手段による前記アノード経路の封じ込めを解除してアノードガスの排出を許可するパージ処理を行うことを特徴とする燃料電池システムの起動方法。
【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起動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子電解質膜を挟んでカソード経路およびアノード経路が形成され、カソード経路にカソードガスを供給しアノード経路にアノードガスを供給して発電を行う燃料電池が開発されている。この燃料電池を備えた燃料電池システムは、カソード経路にカソードガスを供給するカソード供給経路と、カソード経路からカソードオフガスを排出するカソード排出経路と、アノード経路にアノードガスを供給するアノード供給経路と、アノード経路からアノードオフガスを排出するアノード排出経路とを備えている。またカソード排出経路およびアノード排出経路の下流側に、アノードガスをカソードガスで希釈する希釈システムが設けられている。
【０００３】
燃料電池システムは、アノード供給経路に配置された遮断弁と、アノード排出経路に配置されたパージ弁とを備えている。そして燃料電池の発電停止時には、遮断弁およびパージ弁を閉じてアノード経路の封じ込めを行っている。なおアノード経路に有限量のアノードガスが封じ込められるのに対して、カソード経路に無限量のカソードガスが存在すると、予期せぬ反応が進行して固体高分子電解質膜を劣化させるおそれがある。そこで、カソードガス供給経路およびカソード排出経路にそれぞれ封入弁を配置し、燃料電池の発電停止時に一対の封入弁を閉じてカソード経路の封じ込めを行う技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
一方、燃料電池システムの起動時には、一対の封入弁を開いてカソード経路の封じ込めを解除し、カソード経路にカソードガスを供給するカソード回復処理を行っている。
また、燃料電池システムの起動時には、ＯＣＶ（Open Cell Voltage）パージ処理（以下、単にパージ処理という。）を行っている。具体的には、まず遮断弁によるアノード経路の封じ込めを解除する。次に、アノード経路にアノードガスを供給してアノード経路の圧力を増加させる。次に、パージ弁によるアノード経路の封じ込めを解除して、アノードガスの排出を許可するパージ処理を行う。このパージ処理を行うことにより、アノード経路に残留する不純ガスを排出して、アノード経路を高濃度アノードガスで置換することができる。
パージ処理を行うと、アノード経路に充填されたアノードガスが排出され、希釈システムに供給される。
【特許文献１】特開２００５−９３１１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料電池の発電停止中にアノード経路に封じ込められたアノードガスは、固体高分子電解質膜を透過してカソード経路にリークする。これにより、燃料電池システムの起動時にはカソード経路にもアノードガスが存在している。この状態でカソード回復処理を行うと、カソード経路に存在するアノードガスが排出されて希釈システムに供給される。そのため、パージ処理およびカソード回復処理を同時に行うと、多量のアノードガスが希釈システムに供給されて、希釈システムがオーバーフローする（希釈が十分に行われなくなる）という問題がある。
【０００６】
そこで本発明は、燃料電池システムの起動時におけるオフガス処理手段のオーバーフローを防止することが可能な、燃料電池システムおよびその起動方法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、固体高分子電解質膜を挟んでカソード経路（例えば、実施形態におけるカソード経路３５）およびアノード経路（例えば、実施形態におけるアノード経路２５）が形成され、前記カソード経路にカソードガスを供給し前記アノード経路にアノードガスを供給して発電を行う燃料電池（例えば、実施形態における燃料電池１０）と、前記カソード経路にカソードガスを供給するカソード供給経路（例えば、実施形態におけるカソード供給経路３３）と、前記カソード経路からカソードオフガスを排出するカソード排出経路（例えば、実施形態におけるカソード排出経路３７）と、前記アノード経路にアノードガスを供給するアノード供給経路（例えば、実施形態におけるアノード供給経路２３）と、前記アノード経路からアノードオフガスを排出するアノード排出経路（例えば、実施形態におけるアノード排出経路２７）と、前記カソードガス供給経路およびカソード排出経路にそれぞれ配置された一対のカソード遮断手段（例えば、実施形態における一対の封入弁３４，３８）と、前記アノード供給経路に配置されたアノード遮断手段（例えば、実施形態における遮断弁２４）と、前記アノード排出経路に配置されたアノード排出手段（例えば、実施形態におけるパージ弁２８）と、前記カソード排出経路および前記アノード排出経路の下流側に設けられたオフガス処理手段（例えば、実施形態における希釈システム４０）と、前記燃料電池の発電停止時に、前記一対のカソード遮断手段による前記カソード経路の封じ込めを行うとともに、前記アノード遮断手段および前記アノード排出手段による前記アノード経路の封じ込めを行う制御部（例えば、実施形態における制御部５０）と、を備えた燃料電池システム（例えば、実施形態における燃料電池システム１）であって、前記制御部は、前記燃料電池システムの起動時に、前記一対のカソード遮断手段による前記カソード経路の封じ込めを解除した後に、前記アノード排出手段による前記アノード経路の封じ込めを解除してアノードガスの排出を許可するパージ処理を行うことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、前記カソード経路に存在するアノードガス量を取得するアノードガス量取得手段を有し、前記制御部は、前記アノードガス量取得手段により取得されたアノードガス量に基づいて、前記一対のカソード遮断手段による前記カソード経路の封じ込めを解除してから前記パージ処理を許可するまでの時間を算出することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、前記アノードガス量取得手段は、前記燃料電池の発電停止から前記燃料電池システムの再起動までのソーク時間が長いほど、前記カソード経路に存在するアノードガス量が多いと推定することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明は、前記制御部は、前記燃料電池システムの再起動時において、前記一対のカソード遮断手段による前記カソード経路の封じ込めを解除して前記カソード経路へのカソードガスの供給を開始するとともに、前記アノード遮断手段による前記アノード経路の封じ込めを解除して前記アノード経路へのアノードガスの供給を開始し、前記燃料電池の発電性能が所定性能（例えば、実施形態における所定電圧）以上になった場合に、前記燃料電池からの電流の取り出しを許可することを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る発明は、前記制御部は、前記燃料電池の発電性能が前記所定性能以上となる前には、前記燃料電池からの電流の取り出しを制限することを特徴とする。
【００１２】
請求項６に係る発明は、カソード経路にカソードガスを供給しアノード経路にアノードガスを供給して発電を行う燃料電池と、前記カソード経路にカソードガスを供給するカソード供給経路と、前記カソード経路からカソードオフガスを排出するカソード排出経路と、前記アノード経路にアノードガスを供給するアノード供給経路と、前記アノード経路からアノードオフガスを排出するアノード排出経路と、前記カソードガス供給経路およびカソード排出経路にそれぞれ配置された一対のカソード遮断手段と、前記アノード供給経路に配置されたアノード遮断手段と、前記アノード排出経路に配置されたアノード排出手段と、前記カソード排出経路および前記アノード排出経路の下流側に設けられたオフガス処理手段と、前記燃料電池の発電停止時に、前記一対のカソード遮断手段による前記カソード経路の封じ込めを行うとともに、前記アノード遮断手段および前記アノード排出手段による前記アノード経路の封じ込めを行う制御部と、を備えた燃料電池システムの起動方法であって、前記制御部は、前記燃料電池システムの起動時に、前記一対のカソード遮断手段による前記カソード経路の封じ込めを解除した後に、前記アノード排出手段による前記アノード経路の封じ込めを解除してアノードガスの排出を許可するパージ処理を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明によれば、カソード経路の封じ込めを解除し、カソード経路内のアノードガスをオフガス処理手段に供給して処理した後に、アノード経路の封じ込めを解除し、アノード経路内のアノードガスをオフガス処理手段に供給して処理することになる。これにより、オフガス処理手段でアノードガスを少しずつ処理することが可能になり、オフガス処理手段のオーバーフローを防止することができる。
【００１４】
請求項２に係る発明によれば、カソード経路内のアノードガス量が少なくなってからパージ処理を行うことができる。これにより、カソード経路のアノードガス排出を続けながらパージ処理を行うという事態を防止することが可能になり、オフガス処理手段のオーバーフローを防止することができる。また、カソード経路のアノードガス排出が完了したのにパージ処理を行なわないという事態を防止することが可能になり、燃料電池システムを迅速に起動することができる。
【００１５】
請求項３に係る発明によれば、ソーク時間が長いほど、アノード経路から固体高分子電解質膜を透過してカソード経路にリークするアノードガス量が多くなるため、カソード経路に存在するアノードガス量を正確に把握することができる。
【００１６】
請求項４に係る発明によれば、パージ処理の完了前においても、燃料電池で発電された電力を無駄なく利用することができる。
【００１７】
請求項５に係る発明によれば、パージ処理の完了前の発電により、固体高分子電解質膜が劣化するのを防止することができる。
【００１８】
請求項６に係る発明によれば、カソード経路の封じ込めを解除し、カソード経路内のアノードガスをオフガス処理手段に供給して処理した後に、アノード経路の封じ込めを解除し、アノード経路内のアノードガスをオフガス処理手段に供給して処理することになる。これにより、オフガス処理手段でアノードガスを少しずつ処理することが可能になり、オフガス処理手段のオーバーフローを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態につき図面を参照して説明する。本実施形態では、電気自動車に搭載された燃料電池システムを例にして説明する。
（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１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１０を備えている。燃料電池１０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ものである。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、両者間にアノード経路２５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、両者間にカソード経路３５が形成されている。
【００２０】
この燃料電池１０では、アノード経路２５にアノードガスとして水素ガス等の燃料ガスを供給し、カソード経路３５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る。なお燃料電池１０には電圧計１２が設けられている。
【００２１】
アノード経路２５の入口側には、アノード経路２５にアノードガスを供給するアノード供給経路２３および水素供給システム２２が接続されている。アノード供給経路２３には、アノードガスの供給を遮断する遮断弁（アノード遮断手段）が設けられている。
また、アノード経路２５の出口側には、アノード経路２５からアノードオフガスを排出するアノード排出経路２７が接続されている。アノード排出経路２７には、アノード経路２５の内部ガスをパージするパージ弁（アノード排出手段）が設けられている。
【００２２】
一方、カソード経路３５の入口側には、カソード経路３５にカソードガスを供給するカソード供給経路３３およびエアポンプ３２が接続されている。カソード供給経路３３には、カソード経路３５の入口側を封止する入口側封入弁（カソード遮断手段）が設けられている。
また、カソード経路３５の出口側には、カソード経路３５からカソードオフガスを排出するカソード排出経路３７が接続されている。カソード排出経路３７には、カソード経路３５の出口側を封止する出口側封入弁（カソード遮断手段）が設けられている。
【００２３】
アノード排出経路２７およびカソード排出経路３７の下流側には、希釈システム（オフガス処理手段）４０が設けられている。希釈システム４０は、燃料ガスを酸化剤ガスで希釈して、燃料電池システム１の外部に排出するものである。なお希釈システム４０に代えて、触媒燃焼器を設けてもよい。
希釈システム４０の下流側には、排気水素濃度を検出する水素センサ４２が設けられている。
【００２４】
燃料電池システム１は制御部５０を備えている。制御部は、一対の封入弁３４，３８、遮断弁２４およびパージ弁２８の開閉動作を制御する。また制御部５０は、電圧計１２をモニタし、水素供給システム２２およびエアポンプ３２の動作を制御する。
制御部５０は、燃料電池１０の発電停止時に、遮断弁２４およびパージ弁２８を閉じてアノード経路２５を封じ込めるアノード封入処理を行うとともに、一対の封入弁３４，３８を閉じてカソード経路３５を封じ込めるカソード封入処理を行う。アノード封入処理を行うことにより、未反応のアノードガスがアノード供給経路２３またはアノード排出経路２７を通って外部に流出するのを防止することができる。なおアノード経路２５に有限量のアノードガスが封じ込められるのに対して、カソード経路３５に無限量のカソードガスが存在すると、予期せぬ反応が進行して固体高分子電解質膜を劣化させるおそれがある。そこでカソード封入処理を行うことにより、カソード経路３５に有限量のカソードガスを封じ込めることで、固体高分子電解質膜の劣化を防止することができる。
【００２５】
ところで、アノード経路２５に封じ込められたアノードガスは、燃料電池１０の停止中に固体高分子電解質膜を透過してカソード経路３５にリークする。本実施形態ではカソード封入処理を行うので、カソード経路３５にリークしたアノードガスがカソード供給経路３３またはカソード排出経路３７を通って外部に流出するのを防止することができる。ただし、燃料電池の再起動時にはカソード経路３５にアノードガスが存在している。そこで制御部５０は、燃料電池システム１の起動時に、一対の封入弁３４，３８を開いてカソード経路３５の封じ込めを解除し、カソード経路３５にカソードガスを供給するカソード回復処理を行う。カソード回復処理により、カソード経路３５に存在するアノードガスが排出されて。希釈システム４０に供給される。なおカソード経路３５に多くのアノードガスが存在する場合には、一対の封入弁３４，３８を間歇的に開いてアノードガスを少しずつ排出する。
【００２６】
また制御部５０は、燃料電池システム１の起動時にＯＣＶパージ処理（以下、単にパージ処理という。）を行う。具体的には、まず遮断弁２４によるアノード経路２５の封じ込めを解除する。次に、アノード経路２５にアノードガスを供給して、アノード経路２５の圧力を増加させる。次に、パージ弁２８によるアノード経路２５の封じ込めを解除して、アノードガスの排出を許可するパージ処理を行う。パージ処理を行うことにより、アノード経路２５に残留する不純ガスを排出して、アノード経路２５を高濃度アノードガスで置換することができる。パージ処理により、アノード経路２５に存在するアノードガスが排出されて。希釈システム４０に供給される。なおアノード経路２５に多くのアノードガスが存在する場合には、パージ弁２８を間歇的に開いてアノードガスを少しずつ排出する。
【００２７】
ところで、カソード回復処理およびパージ処理を同時に行うと、多量のアノードガスが希釈システム４０に供給されて、希釈システム４０がオーバーフローする（希釈が十分に行われなくなる）おそれがある。
そこで制御部５０は、カソード回復処理を行った後にパージ処理を行う。これにより、希釈システム４０のオーバーフローを防止することができる。
【００２８】
カソード回復処理を開始してからパージ処理を許可するまでの時間（パージ許可時間）は、カソード経路３５に存在するアノードガス量によって変化する。そこで制御部５０には、アノードガス量取得手段（不図示）が設けられている。なおアノード経路２５からカソード経路３５にリークするアノードガス量は、電気自動車のイグニッションがＯＦＦからＯＮになるまでのソーク時間によって変化する。そこでアノードガス量取得手段は、ソーク時間に基づいてアノードガス量を推定する。なお、カソード経路３５に配置したアノードガスセンサによりアノードガス量を直接検出してもよい。
そして制御部５０は、アノードガス量取得手段により取得されたアノードガス量に基づいて、パージ許可時間を算出する。
【００２９】
（燃料電池システムの起動方法）
次に、本実施形態に係る燃料電池システムの起動方法について、詳細に説明する。
図２は、本実施形態に係る燃料電池システムの起動方法のフローチャートであり、図５はタイミングチャートである。
まずＳ１０（図５のｔ１）において、一対の封入弁３４，３８を開く。
またＳ１２（図５のｔ１）において、遮断弁２４を開き、水素供給システム２２からアノード経路２５にアノードガスを供給して、アノード経路２５の圧力を増加させる。
次にＳ１４（図５のｔ２）において、エアポンプ３２を運転し、カソード経路３５へのカソードガスの供給を開始する（カソード回復処理）。なお、カソード供給経路３３の圧力を信号圧とするレギュレータをアノード供給経路２３に設けた場合には、この時点でアノード経路２５にアノードガスが供給される。
【００３０】
カソード経路３５にカソードガスが供給されると、カソード経路３５に存在するアノードガスが排出され、希釈システム４０に供給される。希釈システム４０では、アノードガスをカソードガスで希釈して外部に排出する。図５に示すように、希釈システム４０からの排気水素濃度は、エアポンプ３２の運転開始時間ｔ２から増加している。
【００３１】
本実施形態では、カソード回復処理を行った後にパージ処理を行って、希釈システム４０のオーバーフローを回避する。その具体的な手順を以下に詳述する。
まずＳ１６において、燃料電池１０の発電停止中に、アノード経路２５およびカソード経路３５の掃気が行われたか判断する。掃気が行われた場合には、アノード経路２５およびカソード経路３５に残留するアノードガス量が少ないので、希釈システム４０のオーバーフローを考慮する必要がない。この場合には、Ｓ２６に進んで直ちにパージ処理を実行する。Ｓ１６の判断がＮｏの場合にはＳ１８に進む。
【００３２】
次にＳ１８において、カソード回復処理を開始してからパージ処理を許可するまでの時間（パージ許可時間）を算出する。パージ許可時間は、カソード経路３５に存在するアノードガスの排出をほぼ完了するまでの時間であり、カソード経路３５のアノードガス量に応じて決定する。カソード経路のアノードガス量は、電気自動車のイグニッションがＯＦＦからＯＮになるまでのソーク時間に基づいて算出する。
【００３３】
図３は、ソーク時間とカソード経路に存在するアノードガス量との関係を示すグラフである。ソーク時間が長いほど、アノード経路２５から固体高分子電解質膜を透過してカソード経路３５にリークするアノードガス量が多くなる。そのためグラフＡでは、ソーク時間が長いほどアノードガス量が多くなっている。ソーク時間が非常に長くなると、両経路２５，３５のアノードガス濃度が等しくなり、アノードガスのリークが停止する。そのためグラフＡ´では、アノードガス量が一定になっている。また、ソーク中の温度が高いとアノードガスのリークが促進されるので、グラフＢではグラフＡに比べてアノードガス量が多くなっている。逆に、ソーク中の温度が低いとアノードガスのリークが抑制されるので、グラフＣではグラフＡに比べてアノードガス量が少なくなっている。
アノードガス量取得手段は、図３の各グラフをマップとして利用することにより、ソーク時間に基づいてカソード経路３５のアノードガス量を推定する。
【００３４】
図４は、カソード経路のアノードガス量とパージ許可時間との関係を示すグラフである。カソード経路のアノードガス量が多い場合には、一対の封入弁３４，３８を間歇的に開いてアノードガスを少しずつ希釈システム４０に供給する必要があるので、カソード回復処理に要する時間が長くなる。したがって、アノードガス量に比例してパージ許可時間が長くなっている。
制御部５０は、アノードガス量取得手段が取得したアノードガス量および図４のグラフに基づいて、パージ許可時間を算出する。すなわち、ソーク時間が長いほどパージ許可時間を長く設定する。
【００３５】
ところで、エアポンプ３２の運転開始によりカソード経路３５にはカソードガスが流通し、遮断弁２４の開弁によりアノード経路２５にはアノードガスが存在するので、図５におけるエアポンプ３２の運転開始時間ｔ２から燃料電池１０の電圧が上昇している。すなわち、燃料電池１０は限定的ながら発電可能な状態になっている。
そこでＳ２０において、燃料電池１０の電圧が所定電圧を超えたか判断する。この所定電圧は、車両を徐行運転しうる電圧や、エアコンを運転しうる電圧などに設定する。Ｓ２０の判断がＹｅｓの場合には、Ｓ２２（図５のｔ３）において発電を許可する。これにより、燃料電池１０で発電された電力を無駄なく利用することができる。
【００３６】
ただし、この時点ではパージ弁２８が閉弁されているので、アノード経路２５にアノードガスが流通していない。そのため、この時点で燃料電池１０に定格発電を許可すると、固体高分子電解質膜が劣化するおそれがある。そこで、パージ処理が完了するまで（図５のｔ３からｔ５の間）は、燃料電池１０からの電流の取り出しを所定電流以下に制限する。これにより、固体高分子電解質膜の劣化を防止することができる。
【００３７】
次にＳ２４において、カソード回復処理を開始してからパージ許可時間が経過したか判断する。Ｓ２４の判断がＮｏの場合にはカソード回復処理を継続し、判断がＹｅｓの場合にはＳ２６に進む。
次にＳ２６（図５のｔ４）において、パージ弁２８を開いてパージ処理を開始する。なおパージ許可時間の上限値を設定しておき、カソード回復処理を開始してからの時間が上限値に達した場合には、自動的にパージ処理を開始してもよい。
図５において、ｔ４−ｔ２がパージ許可時間に相当する。希釈システム４０からの排気水素濃度は、カソード回復処理の開始時間ｔ２から増加を始めてピークに達し、カソード回復処理の完了が近づくにつれて減少する。そして、パージ処理の開始時間ｔ４から再び増加を始める。
【００３８】
次にＳ２８において、燃料電池１０の電圧が所定値（所定電圧）を超えたか判断する。Ｓ２８の判断がＮｏの場合には、パージ処理を繰り返す。すなわち、再びパージ弁２８を閉じてアノード経路２５の圧力を増加させ、その後にパージ弁２８を開いてアノードガスを排出する。Ｓ２８の判断がＹｅｓの場合にはＳ３０に進む。
次にＳ３０（図５のｔ５）において、燃料電池１０の定格発電を許可する。なおパージ処理回数の上限値を設定しておき、パージ処理回数が上限値に達した場合には、燃料電池１０の電圧にかかわらず自動的に定格発電を許可してもよい。
以上により、燃料電池システム１の起動が完了する。
【００３９】
以上に詳述したように、本実施形態に係る燃料電池システム１は、燃料電池システムの起動時に、一対の封入弁３４，３８によるカソード経路３５の封じ込めを解除した後に、パージ弁２８によるアノード経路２５の封じ込めを解除してアノードガスの排出を許可するパージ処理を行う構成とした。
この構成によれば、カソード経路３５の封じ込めを解除し、カソード経路３５内のアノードガスを希釈システム４０に供給して処理した後に、アノード経路２５の封じ込めを解除し、アノード経路２５内のアノードガスを希釈システム４０に供給して処理することになる。これにより、希釈システム４０でアノードガスを少しずつ処理することが可能になり、希釈システム４０のオーバーフローを防止することができる。
【００４０】
また本実施形態に係る燃料電池システム１は、カソード経路３５に存在するアノードガス量を取得するアノードガス量取得手段を有し、アノードガス量取得手段により取得されたアノードガス量に基づいて、一対の封入弁３４，３８によるカソード経路３５の封じ込めを解除してからパージ処理を許可するまでのパージ許可時間を算出する構成とした。
この構成によれば、カソード経路３５内のアノードガス量が少なくなってからパージ処理を行うことができる。これにより、カソード経路３５のアノードガス排出を続けながらパージ処理を行うという事態を防止することが可能になり、希釈システム４０のオーバーフローを防止することができる。また、カソード経路３５のアノードガス排出が完了したのにパージ処理を行なわないという事態を防止することが可能になり、燃料電池システム１を迅速に起動することができる。
【００４１】
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、実施形態では電気自動車に搭載された燃料電池システムを例にして説明したが、本発明の燃料電池システムは車両以外に適用することも可能である。
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】
【００４２】
【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起動方法のフローチャートである。
【図３】ソーク時間とカソード経路に存在するアノードガス量との関係を示すグラフである。
【図４】カソード経路のアノードガス量とパージ許可時間との関係を示すグラフである。
【図５】実施形態に係る燃料電池システムの起動方法のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
１…燃料電池システム  １０…燃料電池  ２３…アノード供給経路  ２４…遮断弁（アノード遮断手段）  ２５…アノード経路  ２７…アノード排出経路  ２８…パージ弁（アノード排出手段）  ３３…カソード供給経路  ３４…封入弁（カソード遮断手段）  ３５…カソード経路  ３７…カソード排出経路  ３８…封入弁（カソード遮断手段）  ４０…希釈システム（オフガス処理手段）  ５０…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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