(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード側に水素を含有する燃料ガスが供給され、カソード側に酸化剤ガスとして空気が供給される燃料電池を含んで構成される、燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池のアノードオフガスを外部にパージ可能なパージ装置を設ける一方、
前記燃料電池の運転状態に基づいてアノード側不純物濃度の増加速度を算出するアノード側不純物濃度増加速度算出手段と、
算出されたアノード側不純物濃度の増加速度を積分してアノード側不純物濃度を算出するアノード側不純物濃度算出手段と、
算出されたアノード側不純物濃度に基づいて前記パージ装置を制御するパージ制御手段と、
を設け、
前記アノード側不純物濃度増加速度算出手段は、少なくとも、前記燃料電池への燃料ガスの供給量に関連するパラメータに基づいて算出される燃料ガス由来の不純物濃度の増加速度Ａと、アノード側からカソード側へのリークによる不純物濃度の減少速度Ｂとを含んで、アノード側不純物濃度の増加速度を算出し、
前記アノード側からカソード側へのリークによる不純物濃度の減少速度Ｂは、前記燃料ガス由来の不純物濃度の増加速度Ａの積分値に基づいて算出することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池システムは、前記燃料電池のアノード出口から排出されるオフガスをアノード入口へ循環させる循環通路を更に含んで構成され、
前記パージ装置は、前記循環通路内のオフガスを外部にパージ可能である請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記パラメータは、燃料ガスの供給量、アノード側圧力、及び、発電量のうちの、少なくとも１つであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記アノード側不純物濃度増加速度算出手段は、前記燃料電池への燃料ガスの供給量に関連するパラメータに基づいて算出される燃料ガス由来の不純物濃度の増加速度Ａと、アノード側からカソード側へのリークによる不純物濃度の減少速度Ｂと、カソード側からアノード側へのクロスリーク由来の不純物濃度の増加速度Ｃとを含んで、アノード側不純物濃度の増加速度を算出することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記カソード側からアノード側へのクロスリーク由来の不純物濃度の増加速度Ｃは、カソード側窒素分圧とアノード側窒素分圧との分圧差に基づいて算出することを特徴とする請求項４記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記パージ装置は、前記燃料電池のアノードオフガスを外部にパージ可能なパージ通路と、このパージ通路に介装されたパージバルブとを含んで構成される請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記パージ制御手段は、アノード側不純物濃度が所定のしきい値を超えたときに前記パージバルブを開弁することを特徴とする請求項６記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関し、特に燃料ガスに含まれる不純物等を除去する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池システム、特に家庭用の燃料電池システムは、一般に、炭化水素系の燃料（都市ガス、ＬＰＧ、灯油等）から水素リッチな燃料ガスを製造する水素製造装置を備えている。このため、燃料電池のアノード出口から排出されるオフガス（未反応水素を含む排気ガス）は、水素製造装置の改質器加熱用バーナーに供給して燃焼させ、改質のための熱源として利用している。
【０００３】
その一方、従来は自動車用の燃料電池システムとして提案されているものであるが、水素製造装置を備えず、水素ボンベ等から供給される水素を主成分とする燃料ガス（水素ガス）を用いる純水素型の燃料電池システムがある。
このような純水素型の燃料電池システムでは、特許文献１〜３に示されるように、燃料電池のアノード出口から排出されるオフガス（未反応水素を含む排気ガス）をアノード入口へ循環させる循環通路を備える方式、すなわち、水素循環方式として、水素の利用効率（エネルギー効率）を高めている。
【０００４】
このような純水素型・水素循環方式の燃料電池システムでは、オフガス中の未反応水素は燃料電池の発電に利用されるが、オフガス中の不純物（水素ガスに含まれていた不純物の他、カソード側からアノード側にリークした窒素等の不純物を含む）は循環通路に残留するため、循環を繰り返すと、アノードにおける不純物濃度が増大して水素分圧が低下し、燃料電池の発電効率が低下する。
【０００５】
そこで、特許文献１〜３では、循環通路内のオフガスを外部にパージ可能なパージ装置を設けて、オフガスを適時的にパージするようにしている。
ここで、水素利用効率を高めるために、パージタイミングをどのようにして決定するかは極めて重要であり、循環通路内の水素濃度を検出するセンサにより水素濃度の低下を検出してパージ（特許文献１）、予め定めた所定時間ごとにパージ（特許文献２）、セル電圧の低下を検出してパージ（特許文献３）などの手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−０９１２４３号公報
【特許文献２】特開２００６−０１９１２４号公報
【特許文献３】特開２００３−１１５３１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のパージタイミングの決定については、様々な課題がある。
例えば、水素濃度センサなど、パージ制御専用のセンサを設けることは、燃料電池システムのコストアップにつながる。また、予め定めた所定時間ごとにパージする方式では、運転履歴が考慮されないため、早過ぎるパージによる水素利用効率の悪化、パージ遅れによる発電効率の低下を招く可能性がある。また、セル電圧の低下等、燃料電池性能の劣化を検出する方式では、その劣化原因が必ずしも不純物の影響とは限らず、不純物濃度の推定精度が悪い。
【０００８】
本発明は、このような実状に鑑み、特別なセンサを設けることなく、アノード側不純物濃度を精度良く推定して、パージ制御を行うことができるようにし、コストダウンとエネルギー効率向上とを図ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明は、アノード側に水素を含有する燃料ガスが供給され、カソード側に酸化剤ガスとして空気が供給される燃料電池を含んで構成される、燃料電池システムにおいて、燃料電池のアノードオフガスを外部にパージ可能なパージ装置を設ける一方、燃料電池の運転状態に基づいてアノード側不純物濃度の増加速度を算出するアノード側不純物濃度増加速度算出手段と、算出されたアノード側不純物濃度の増加速度を積分してアノード側不純物濃度を算出するアノード側不純物濃度算出手段と、算出されたアノード側不純物濃度に基づいて前記パージ装置を制御するパージ制御手段と、を設ける構成とする。
前記アノード側不純物濃度増加速度算出手段は、少なくとも、前記燃料電池への燃料ガスの供給量に関連するパラメータに基づいて算出される燃料ガス由来の不純物濃度の増加速度Ａと、アノード側からカソード側へのリークによる不純物濃度の減少速度Ｂとを含んで、アノード側不純物濃度の増加速度を算出する。
前記アノード側からカソード側へのリークによる不純物濃度の減少速度Ｂは、前記燃料ガス由来の不純物濃度の増加速度Ａの積分値に基づいて算出する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、燃料電池の運転状態に基づいて算出されるアノード側不純物濃度の増加速度（単位時間当たりの不純物濃度の増加量）を積分、すなわち積算して、アノード側不純物濃度を算出することにより、算出時の運転状態、すなわち運転履歴を考慮してアノード側不純物濃度を精度良く推定することできる。また、燃料電池の運転状態としては、例えば燃料ガス（水素ガス）の供給量、アノード側圧力、発電量などを用いれば良く、これらは制御上で用いているか、比較的簡単に推定でき、特別なセンサを設けることなく実施できる。従って、コストアップを招くことなく、的確なタイミングでパージ制御を実施でき、エネルギー効率向上を図ることができる。
また、前記アノード側不純物濃度増加速度算出手段は、少なくとも、燃料電池への燃料ガスの供給量に関連するパラメータに基づいて算出される燃料ガス由来の不純物濃度の増加速度Ａと、アノード側からカソード側へのリークによる不純物濃度の減少速度Ｂとを含んで、アノード側不純物濃度の増加速度Ｖを算出することにより、カソード側へのリークを考慮して、より正確に推定することができる。
また、前記アノード側からカソード側へのリークによる不純物濃度の減少速度Ｂは、燃料ガス由来の不純物濃度の増加速度Ａの積分値に基づいて算出することにより、精度良く推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態を示す燃料電池システムの概略構成図
【図２】アノード側不純物濃度の推移を示すイメージ図
【図３】アノード側不純物濃度推定を含むパージ制御ルーチンのフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す燃料電池システムの概略構成図である。
本実施形態の燃料電池システムは、家庭用（定置式）の燃料電池システムであり、また、炭化水素系の燃料（都市ガス、ＬＰＧ、灯油等）から水素リッチな燃料ガスを製造する水素製造装置を備えず、水素ボンベ等の水素供給源から供給される水素を主成分とする燃料ガス（水素ガス）を用いる純水素型の燃料電池システムである。
【００１３】
従って、この燃料電池システムは、主に、発電を行う燃料電池１と、この燃料電池１に燃料ガスとして水素ガスを供給する水素供給系と、燃料電池１に酸化剤ガスとして空気を供給する空気供給系とを備えている。
燃料電池１は、水素ガスが供給されるアノード２と空気が供給されるカソード３とが電解質層を挟んで重ね合わされて構成される発電セルを主要な構成要素とするものであり、また、複数の発電セルが多段に積層されたスタック構造とされている。
【００１４】
燃料電池１の各発電セルは、水素供給系から供給される水素と空気供給系から供給される空気中の酸素との電気化学反応により化学エネルギーを電気エネルギーに変換する。すなわち、各発電セルのアノード２では、水素供給系から供給される水素が水素イオンと電子とに解離する反応が起き、水素イオンは電解質層を通り、電子は外部回路を通って電力を発生させ、カソード３側にそれぞれ移動する。一方、カソード３では、空気供給系から供給された空気中の酸素と前記水素イオン及び電子が反応して水が生成され、外部に排出される。尚、燃料電池１の電解質層としては、一般に固体高分子形の電解質層が用いられるが、他の形式の電解質層を用いてもよい。
【００１５】
水素供給系は、燃料電池１の各発電セルのアノード２に燃料ガスとして水素ガスを供給するものであり、例えば、水素供給源として水素ボンベ４を備え、この水素ボンベ４からの供給通路５を燃料電池１のアノード２入口に接続し、この供給通路５を介してアノード２に水素を供給する。供給通路５には供給用のポンプ６を設けているが、水素ボンベ４からの供給圧力で供給可能であれば省略してもよい。尚、図示は省略したが、水素供給系には供給量を制御する制御弁や供給圧力を調整する調圧弁等が必要により設けられる。
【００１６】
また、本実施形態の燃料電池システムは、純水素型・水素循環方式の燃料電池システムであり、アノード２出口から排出されるオフガスをアノード２入口に循環させるように、アノード２出口に循環通路７の一端を接続し、この循環通路７の他端をアノード２入口（供給通路５）に接続している。循環通路７には、アノード２を通過することで圧力が低下したオフガスを昇圧させるようにポンプ８を設けているが、これに代えて、一方向弁を設けるなどして、省略することもできる。
【００１７】
また、前記循環通路７（アノード２出口）に接続して、前記循環通路７内のオフガスを外部にパージ可能なパージ通路９を設け、このパージ通路９には、パージバルブ１０を介装してある。パージバルブ１０は常閉の電磁弁であり、後述する制御装置１４により開弁される。尚、外部へのパージは、大気中に放出するようにしてもよいし、触媒を用いて燃焼させるようにしてもよい。
【００１８】
空気供給系は、燃料電池１の各発電セルのカソード３に酸化剤ガスとして空気を供給するものであり、例えば、空気供給源としてエアポンプ１１を備え、このエアポンプ１１からの供給通路１２をカソード３入口に接続し、この供給通路１２を介してカソード３に空気を供給する。そして、カソード３出口には排気通路１３を接続してある。尚、図示は省略したが、空気供給系にも供給量を制御する制御弁や供給圧力を調整する調圧弁等が必要により設けられる。
【００１９】
また、本実施形態の燃料電池システムは家庭用であるので、燃料電池１で発生した直流電力はインバータを備えるパワーコンディショナーにて交流電力に変換されて、家庭内負荷に供給されるが、図示は省略した。
また、本実施形態の燃料電池システムは家庭用であるので、燃料電池１において発電に伴って発生する熱を回収して給湯に用いる給湯ユニット（貯湯槽等を含む）が一体的に設けられ、コージェネレーションシステムが構築されるが、図示は省略した。
【００２０】
上記の燃料電池システムでは、燃料電池１のアノード２に水素ガスを供給し、カソード３に空気を供給して、水素と空気中の酸素との電気化学反応により電気エネルギーを発生させる。
このとき、アノード２出口からは燃料電池１で消費されなかった水素を含むオフガスが排出されるが、このオフガスは循環通路７によりアノード２入口に循環させて、水素の利用効率（エネルギー効率）を高めている。
【００２１】
しかし、循環を繰り返すと、循環通路７内に、水素ガスに含まれていた不純物や、カソード２側からアノード３側にリークした不純物（主に窒素Ｎ２）が蓄積されて、アノード側不純物濃度が増大し、水素分圧の低下により発電効率が低下する。
そこで、制御装置１４により、アノード側不純物濃度を推定し、所定のしきい値を超えたときに、パージバルブ１０を開いて、不純物濃度が増大したオフガスを外部にパージすることで、回復を図る。
【００２２】
制御装置１４は、燃料電池１の実発電量を検出しつつ、燃料電池１に対し発電量を指示・制御するものであり、また、図示は省略したが、燃料電池１に対する水素ガスの供給量や空気の供給量の制御も行うものであり、この制御装置１４にアノード側不純物濃度の推定を含むパージ制御機能を持たせている。
次に前記制御装置１４によるアノード側不純物濃度の推定を含むパージ制御について詳細に説明する。
【００２３】
アノード側不純物濃度は、所定時間ごとに、燃料電池の運転状態に基づいて、アノード側不純物濃度の増加速度Ｖを求め、これを積分（積算）することにより、算出する（次式参照）。
アノード側不純物濃度＝∫（アノード側不純物濃度の増加速度Ｖ）ｄｔ
アノード不純物濃度の増加速度Ｖは、燃料ガス（水素ガス）の供給量に関連するパラメータに基づいて求めることができる。水素ガスの供給量が増大するほど、不純物量も増大するからである。
【００２４】
前記パラメータとしては、水素ガスの供給量（水素流量）の他、アノード側圧力、発電量などを挙げることができる。これらは水素ガスの供給量にほぼ対応して変化するからである。
アノード側不純物の増加速度Ｖについて、更に詳しく検討すると、これは、アノード側からカソード側への不純物のリークによって減少し、カソード側からアノード側への不純物（主に窒素Ｎ２）のクロスリークによって増大する。
【００２５】
従って、アノード側不純物濃度の増加速度Ｖは、燃料ガスの供給量に関連するパラメータに基づいて算出される燃料ガス由来の不純物濃度の増加速度Ａと、アノード側からカソード側へのリークによる不純物濃度の減少速度Ｂと、カソード側からアノード側へのクロスリーク由来の不純物濃度の増加速度Ｃとを含んで、Ｖ＝Ａ−Ｂ＋Ｃとして求めることができる。
【００２６】
従って、次のように記述できる。
アノード側不純物濃度＝∫（Ｖ）ｄｔ＝∫（Ａ−Ｂ＋Ｃ）ｄｔ
アノード側不純物濃度＝∫（（燃料ガス由来の不純物濃度の増加速度Ａ）−（カソード側へのリークによる不純物濃度の減少速度Ｂ）＋（カソード側からのクロスリーク由来の不純物濃度の増加Ｃ））ｄｔ
燃料ガス由来の不純物濃度の増加速度Ａについては、燃料ガス（水素ガス）の供給量に関連するパラメータ、ここでは水素ガスの供給量（水素流量）、又は発電量に基づいて、次式のように求めることができる。
【００２７】
Ａ＝ａ×水素流量      又は      Ａ＝ａ’×発電量
但し、ａ、ａ’は所定の変換係数である。
カソード側へのリークによる不純物濃度の減少速度Ｂについては、アノード側に不純物がたまるほどカソード側へリークする量も多くなることから、燃料ガス由来の不純物濃度の増加速度Ａの積分値に基づいて、次式のように求めることができる。
【００２８】
Ｂ＝ｂ×∫（燃料ガス由来の不純物濃度の増加速度Ａ）ｄｔ
但し、ｂは所定の変換係数である。
カソード側からのクロスリーク由来の不純物濃度の増加速度Ｃについては、この場合の不純物は主に窒素（Ｎ２）であるので、カソード側Ｎ２分圧とアノード側Ｎ２分圧との分圧差に基づいて、次式のように求めることができる。
【００２９】
Ｃ＝ｃ×（カソード側Ｎ２分圧−アノード側Ｎ２分圧）
但し、ｃは所定の変換係数である。
カソード側Ｎ２分圧はカソード側に通常ある圧力センサにより求めることができる。また、アノード側Ｎ２分圧は、カソード側からのクロスリーク由来の不純物濃度の増加速度Ｃの積分値に基づいて、次式のように求めることができる。
【００３０】
アノード側Ｎ２分圧
＝ｄ×∫（カソード側からのクロスリーク由来の不純物濃度の増加速度Ｃ）ｄｔ
但し、ｄは所定の変換係数である。
また、最初に増加速度Ｃを分圧差に基づいて算出する際は、アノード側Ｎ２分圧＝初期値０として算出し、算出された増加速度Ｃを用いて、次回のアノード側Ｎ２分圧を求めるようにする。
【００３１】
図２はアノード側不純物濃度の推移を示すイメージ図である。説明上、不純物濃度０からスタートさせている。発電量（≒水素ガスの供給量）が上昇すると、これに伴って不純物濃度が増大し、発電量が定常に達すると、不純物濃度の増大によりカソード側へのリークも増え、不純物濃度は安定的にゆっくりと増大する。その後、発電量が減少しても、水素ガスの供給は続くので、不純物濃度は増大する。発電が停止すると、カソード側へのリークにより不純物濃度は低下傾向となる。従って、停止時間にも左右されるが、これは発電量の推移を見ることで考慮できる。
【００３２】
図３は前記制御装置１４によるアノード側不純物濃度の推定を含むパージ制御ルーチンのフローチャートである。本ルーチンは所定時間（単位時間）ごとに実行される。
Ｓ１では、水素ガスの供給量（水素流量）又は発電量を検出し、これに基づいて、燃料ガス由来の不純物濃度の増加速度Ａを求める（次式参照）。
Ａ＝ａ×水素流量      又は      Ａ＝ａ’×発電量
尚、水素流量や発電量に代えて、アノード側圧力を用いてもよい。
【００３３】
Ｓ２では、予備計算として、燃料ガス由来の不純物濃度の増加速度Ａの積分値を求めるため、前回までの増加速度Ａの積算値ΣＳＡ（初期値は０）に、今回Ｓ１にて算出した増加速度Ａを加算して、増加速度Ａの積算値ΣＳＡを更新する（次式参照）。
ΣＳＡ＝ΣＳＡ＋Ａ
Ｓ３では、カソード側へのリークによる不純物濃度の減少速度Ｂを、燃料ガス由来の不純物濃度の増加速度Ａの積分値であるΣＳＡに基づいて求める（次式参照）。
【００３４】
Ｂ＝ｂ×ΣＳＡ
Ｓ４では、カソード側からのクロスリーク由来の不純物濃度の増加速度Ｃを、カソード側Ｎ２分圧とアノード側Ｎ２分圧（初期値は０）との分圧差に基づいて求める（次式参照）。
Ｃ＝ｃ×（カソード側Ｎ２分圧−アノード側Ｎ２分圧）
Ｓ５では、次回に用いるアノード側Ｎ２分圧を求めるため、前回までのアノード側Ｎ２分圧に、今回Ｓ４にて算出したカソード側からのクロスリーク由来の不純物濃度の増加速度Ｃから求まるアノード側Ｎ２分圧増加速度量（ｄ×Ｃ）を加算して、アノード側Ｎ２分圧を更新する（次式参照）。
【００３５】
アノード側Ｎ２分圧＝アノード側Ｎ２分圧＋ｄ×Ｃ
但し、ｄは所定の変換係数であり、アノード側Ｎ２分圧の初期値は０である。
Ｓ６では、燃料ガス由来の不純物濃度の増加速度Ａと、カソード側へのリークによる不純物濃度の減少速度Ｂと、カソード側からのクロスリーク由来の不純物濃度の増加速度Ｃとに基づいて、詳しくは次式のように、燃料ガス由来の不純物濃度の増加速度Ａから、カソード側へのリークによる不純物濃度の減少速度Ｂを減算し、更に、カソード側からのクロスリーク由来の不純物濃度の増加速度Ｃを加算して、アノード側不純物濃度の増加速度Ｖを求める。
【００３６】
Ｖ＝Ａ−Ｂ＋Ｃ
尚、本実施形態では、Ｖ＝Ａ−Ｂ＋Ｃとしたが、簡易には、Ｖ＝Ａ−Ｂとしてもよい。
Ｓ７では、アノード側不純物濃度の増加速度Ｖを積分してアノード側不純物濃度を求めるため、前回までのアノード側不純物濃度である積算値ΣＳＶに、今回Ｓ６にて算出したアノード側不純物濃度の増加速度Ｖを加算して、アノード側不純物濃度ΣＳＶを更新する（次式参照）。
【００３７】
ΣＳＶ＝ΣＳＶ＋Ｖ
Ｓ８では、アノード側不純物濃度ΣＳＶと所定のしきい値（限界値）Ｓ０とを比較し、ΣＳＶ＞Ｓ０か否かを判定する。
この判定でＮＯ（ΣＳＶ≦Ｓ０）の場合は、正常（パージ不要）とみなし、そのまま本ルーチンを終了する。
【００３８】
この判定でＹＥＳ（ΣＳＶ＞Ｓ０）の場合、すなわち、アノード側不純物濃度ΣＳＶが所定のしきい値Ｓ０を超えた場合は、パージ処理のため、Ｓ９へ進む。
Ｓ９では、パージ通路９のパージバルブ１０を、所定のパージ時間、開弁させて、アノード２側の循環通路７内のオフガスをパージ通路９より外部に排出させる。ここで、オフガスは大気中に放出してもよいし、触媒燃焼させるようにしてもよい。
【００３９】
パージ後、Ｓ１０では、アノード側不純物濃度に相当する積算値ΣＳＶ、燃料ガス由来の不純物濃度の増加速度Ａの積算値ΣＳＡ、及び、アノード側Ｎ２分圧をそれぞれクリアして、本ルーチンを終了する。
本実施形態によれば、純水素型・水素循環方式の燃料電池システムにおいて、循環通路７内のオフガスを外部にパージ可能なパージ装置（パージ通路９、パージバルブ１０）を設ける一方、燃料電池１の運転状態に基づいてアノード側不純物濃度の増加速度Ｖを算出するアノード側不純物濃度増加速度算出手段（Ｓ１〜Ｓ６）と、算出されたアノード側不純物濃度の増加速度Ｖを積分してアノード側不純物濃度ΣＳＶを算出するアノード側不純物濃度算出手段（Ｓ７）と、算出されたアノード側不純物濃度ΣＳＶに基づいて前記パージ装置を制御するパージ制御手段（Ｓ８、Ｓ９）と、を設けたことにより、コストアップを招くことなく、的確なタイミングでパージ制御を実施でき、エネルギー効率向上を図ることができる。
【００４０】
また、本実施形態によれば、前記アノード側不純物濃度増加速度算出手段は、少なくとも燃料電池への燃料ガスの供給量に関連するパラメータに基づいて、アノード側不純物濃度の増加速度を算出することにより、また、前記パラメータとして、燃料ガスの供給量、アノード側圧力、及び、発電量のうちの、少なくとも１つを用いることにより（Ｓ１）、比較的簡単に精度良く推定することができる。
【００４１】
また、本実施形態によれば、前記アノード側不純物濃度増加速度算出手段は、少なくとも、燃料電池への燃料ガスの供給量に関連するパラメータに基づいて算出される燃料ガス由来の不純物濃度の増加速度Ａと、アノード側からカソード側へのリークによる不純物濃度の減少速度Ｂとを含んで、アノード側不純物濃度の増加速度Ｖを算出することにより（Ｓ１〜Ｓ６）、カソード側へのリークを考慮して、より正確に推定することができる。
【００４２】
また、本実施形態によれば、前記アノード側からカソード側へのリークによる不純物濃度の減少速度Ｂは、燃料ガス由来の不純物濃度の増加速度Ａの積分値に基づいて算出することにより（Ｓ２、Ｓ３）、精度良く推定することができる。
また、本実施形態によれば、前記アノード側不純物濃度増加速度算出手段は、燃料電池への燃料ガスの供給量に関連するパラメータに基づいて算出される燃料ガス由来の不純物濃度の増加速度Ａと、アノード側からカソード側へのリークによる不純物濃度の減少速度Ｂと、カソード側からアノード側へのクロスリーク由来の不純物濃度の増加速度Ｃとを含んで、アノード側不純物濃度の増加速度Ｖを算出することにより（Ｓ１〜Ｓ６）、カソード側からのクロスリークをも考慮して、より正確に推定することができる。
【００４３】
また、本実施形態によれば、カソード側からアノード側へのクロスリーク由来の不純物濃度の増加速度Ｃは、カソード側窒素分圧とアノード側窒素分圧との分圧差に基づいて算出することにより（Ｓ４、Ｓ５）、精度良く推定することができる。
また、本実施形態によれば、前記パージ装置は、循環通路７に接続されて循環通路７内のオフガスを外部にパージ可能なパージ通路９と、このパージ通路９に介装されたパージバルブ１０とから構成することで、装置の複雑化を防止できる。
【００４４】
また、本実施形態によれば、前記パージ制御手段は、アノード側不純物濃度が所定のしきい値を超えたときにパージバルブ１０を開弁するものとすることにより（Ｓ８、Ｓ９）、制御の複雑化を防止できる。
尚、本実施形態の燃料電池システムは、不純物除去の必要性が大きい純水素型・水素循環方式の燃料電池システムとしたが、本発明の技術思想は、燃料電池システム一般に適用可能である。
【００４５】
また、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４６】
１  燃料電池
２  アノード
３  カソード
４  水素ボンベ
５  供給通路
６  ポンプ
７  循環通路
８  ポンプ
９  パージ通路
１０  パージバルブ
１１  エアポンプ
１２  供給通路
１３  排気通路
１４  制御装置
【図１】
0005502553.tif 000002
【図２】
0005502553.tif 000003
【図３】
0005502553.tif 000004