(57)【要約】【課題】  燃料電池の水素極側から排出されるオフガスを燃料電池に再循環させる燃料電池システムにおいて、簡易な構成でオフガス中の水分凍結により配管等が閉塞することを防止する。【解決手段】  燃料ガスと酸化剤ガスの化学反応により電気エネルギを発生させる燃料電池１０と、水素供給装置３２から燃料電池１０に供給される燃料ガスが通過する燃料ガス供給経路３０と、燃料電池１０に供給された燃料ガスのうち化学反応に用いられなかった未反応燃料ガスと水分とを含んで燃料電池１０から排出されるオフガスを燃料ガス供給経路に合流させ、燃料電池１０に再循環させるオフガス循環経路３１と、オフガス中の水分凍結を予測する凍結予測手段１５、４０、６０と、オフガス中の水分凍結が予測された場合に、オフガスに含まれて燃料電池１０から排出される水分量を減少させるオフガス水分量減少手段とを備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスの化学反応により電気エネルギを発生させる燃料電池（１０）と、
水素供給装置（３２）から前記燃料電池（１０）に供給される燃料ガスが通過する燃料ガス供給経路（３０）と、
前記燃料電池（１０）に供給された前記燃料ガスのうち前記化学反応に用いられなかった未反応燃料ガスと水分とを含んで前記燃料電池（１０）から排出されるオフガスを前記燃料ガス供給経路に合流させ、前記燃料電池（１０）に再循環させるオフガス循環経路（３１）と、
前記オフガスに含まれる水分の凍結を予測する凍結予測手段（１５、４０、６０）と、
前記凍結予測手段（１５、４０、６０）で水分が凍結すると予測された場合に、前記オフガスに含まれて前記燃料電池（１０）から排出される水分量を減少させるオフガス水分量減少手段（３４、４１、５０〜５３、６０）とを備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記凍結予測手段は、前記オフガス循環経路（３１）の配管温度を検出する配管温度検出手段（４０）を含んでおり、前記オフガス循環経路（３１）の配管温度が所定温度を下回った場合に、前記オフガスに含まれる水分が凍結すると予測する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】
前記凍結予測手段は、前記オフガス循環経路（３１）内のオフガス温度を検出するオフガス温度検出手段（４０）を含んでおり、前記オフガス循環経路（３１）におけるオフガス温度が所定温度を下回った場合に、前記オフガスに含まれる水分が凍結すると予測する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４】
前記凍結予測手段は、外気温を検出する外気温検出手段（１５）を含んでおり、外気温が所定温度を下回った場合に、前記オフガスに含まれる水分が凍結すると予測する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５】
前記オフガス水分量減少手段は、前記燃料電池（１０）に冷却水を循環させる冷却水循環経路（５０）と、前記冷却水循環経路（５０）における冷却水循環流量を調整可能な冷却水循環手段（５１）と、前記冷却水循環経路（５０）を循環する冷却水を放熱させる放熱器（５３）と、前記放熱器（５３）に対する送風量を調整可能な送風手段（５２）とを有し、
前記冷却水循環手段（５１）による冷却水循環流量の増大あるいは前記送風手段（５２）による送風量を増大の少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記オフガス水分量減少手段は、前記オフガスの循環流量を変化させることができるオフガス循環流量調整手段（３４、４１）を有し、前記オフガスの循環流量を少なくすることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記オフガス水分量減少手段は、前記燃料電池（１０）の発電量を制御する発電量制御手段（６０）を有し、前記燃料電池（１０）の発電量を低下させることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記水素供給装置（３２）は、高圧の燃料ガスが充填された高圧タンクであり、前記高圧タンクに充填された燃料ガスは減圧され、前記燃料電池（１０）に供給されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記オフガス循環手段が、エジェクタポンプ（３４）であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに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、水素と酸素との化学反応により電力を発生させる燃料電池を備える燃料電池システムに関するもので、車両、船舶及びポータブル発電機等の移動体発電機、あるいは家庭用小型発電機に好適に用いることできる。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の燃料利用率と発電効率の低下防止のため、燃料電池の水素極側から排出されるオフガスをポンプ装置により吸引し、主供給燃料に混合して燃料電池に再循環させる燃料電池システムが知られている。また、燃料電池の水素極側には、酸素極側で発生した生成水が電解質膜を透過すること等により水分が存在しており、この水分がオフガスに含まれて排出される。
【０００３】
そして、低温環境下では、オフガスに含まれる水分がオフガス循環経路の配管内やポンプ装置において凍結し、最終的にオフガス循環経路が閉塞してオフガスを循環させることができなくなるおそれがある。また、高圧水素タンクから水素が供給される燃料電池システムにおいては、高圧水素タンクから水素が放出される時の気体膨脹により供給水素の温度が下がる。この低温の主供給水素に水分を含んだオフガスが合流すると、オフガス中の水分が凝縮凍結し、主供給経路のガス供給配管が閉塞して燃料電池に水素燃料が供給できなくなるおそれがある。
【０００４】
このような問題に対し、オフガス循環経路に凝縮器を設け、凝縮器によりオフガス中の水分を除去する燃料電池システムが提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３１３３７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の構成では、凝縮器でオフガス中の水分を確実に除去しようとする場合、凝縮器の凝縮能力を高くする必要があり、凝縮器の体格が大きくなり、構造も複雑で高価なものとなる。また、燃料電池の出力を大きくしてオフガスに含まれる水分量が増加した場合、オフガス中から水分を確実に除去するためには、凝縮器をより大型化させる必要がある。
【０００６】
本発明は上記点に鑑み、燃料電池の水素極側から排出されるオフガスを燃料電池に再循環させる燃料電池システムにおいて、簡易な構成でオフガス中の水分凍結により配管等が閉塞することを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、燃料ガスと酸化剤ガスの化学反応により電気エネルギを発生させる燃料電池（１０）と、水素供給装置（３２）から前記燃料電池（１０）に供給される燃料ガスが通過する燃料ガス供給経路（３０）と、オフガスを燃料ガス供給経路に合流させ、燃料電池（１０）に再循環させるオフガス循環経路（３１）と、オフガスに含まれる水分の凍結を予測する凍結予測手段（１５、４０、６０）と、凍結予測手段（１５、４０、６０）で水分の凍結すると予測された場合に、オフガスに含まれて燃料電池（１０）から排出される水分量を減少させるオフガス水分量減少手段（３４、４１、５０〜５３、６０）とを備えることを特徴としている。
【０００８】
このように、オフガス中の水分の凍結が予測される場合に、オフガスに含まれて燃料電池から排出される水分量を減少させることで、オフガス中の水分が凍結することを抑制でき、簡易な構成でオフガス中の水分凍結により配管等が閉塞することを防止できる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明のように、オフガス循環経路（３１）の配管温度が所定温度を下回った場合に、オフガスに含まれる水分が凍結すると予測することができる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明のように、オフガス循環経路（３１）におけるオフガス温度が所定温度を下回った場合に、オフガスに含まれる水分が凍結すると予測することができる。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明のように、外気温が所定温度を下回った場合に、オフガスに含まれる水分が凍結すると予測することができる。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明では、オフガス水分量減少手段は、燃料電池（１０）に冷却水を循環させる冷却水循環経路（５０）と、冷却水循環経路（５０）における冷却水循環流量を調整可能な冷却水循環手段（５１）と、冷却水循環経路（５０）を循環する冷却水を放熱させる放熱器（５３）と、放熱器（５３）に対する送風量を調整可能な送風手段（５２）とを有し、冷却水循環手段（５１）による冷却水循環流量の増大あるいは送風手段（５２）による送風量を増大の少なくとも一方を行うことを特徴としている。
【００１３】
これにより、燃料電池の冷却量を増大させてオフガスの温度を低下させることができる。この結果、オフガスの飽和蒸気圧が低下し、オフガス中に含まれる水分量を減少させることができる。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明のように、オフガスの循環流量を少なくすることで、オフガスに含まれて燃料電池（１０）から排出される水分量を減少させることができる。
【００１５】
また、請求項７に記載の発明のように、燃料電池（１０）の発電量を低下させることで、電気化学反応によって発生する生成水を減少させることができ、オフガスに含まれて燃料電池（１０）から排出される水分量を減少させることができる。
【００１６】
また、請求項８に記載の発明のように、高圧タンクに充填された燃料ガスを減圧して燃料電池（１０）に供給する構成では、高圧タンクからの減圧時に燃料ガスが低温となって、オフガス中の水分が凍結しやすいため、オフガス中の水分凍結が予測される場合に、オフガス中の水分の凍結防止制御を行うことが特に有効である。
【００１７】
また、請求項９に記載の発明のように、オフガス循環手段としてエジェクタポンプ（３４）を用いる構成では、エジェクタポンプにおいて、オフガスが低温となるため、オフガス中の水分凍結が予測される場合に、凍結防止制御を行うことが有効である。
【００１８】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１〜図４に基づいて説明する。本第１実施形態の燃料電池システムは、燃料電池を電源として走行する電気自動車（燃料電池車両）に適用したものである。
【００２０】
図１は、本第１実施形態の燃料電池システムの全体概略構成を示している。燃料電池（ＦＣスタック）１０は、燃料ガスとしての水素と酸化剤ガスとしての酸素との電気化学反応を利用して電力を発生するものである。本第１実施形態では燃料電池１０として固体高分子電解質型燃料電池を用いており、基本単位となるセルが複数積層されて構成されている。各セルは、電解質膜が一対の電極で挟まれた構成となっている。
【００２１】
燃料電池１０は、図示しない走行用モータや２次電池等の電気機器に電力を供給するように構成されている。燃料電池１０では、水素および空気（酸素）が供給されることにより、以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり電気エネルギが発生する。
【００２２】
アノード（水素極側）：Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-＋Ｑ（発熱）
カソード（酸素極側）：２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ＋Ｑ（発熱）
全体：Ｈ2＋１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏ
この電気化学反応により酸素極側では生成水が発生する。この生成水は電解質膜に保持され、上記電気化学反応におけるプロトン伝導を促進するとともに、電解質膜を介して水素極側に透過する。このため、燃料電池１０の水素極側には水分が存在する。
【００２３】
燃料電池システムには、外気温を検出するための外気温センサ１５が設けられている。
【００２４】
燃料電池システムには、燃料電池１０の酸素極（正極）側に空気（酸素）を供給するための空気供給経路２０と、上記化学反応に用いられなかった酸素を含む排出ガスを燃料電池１０から排出するための空気排出経路２１が設けられている。空気供給経路２０の最上流部には空気供給装置２２が設けられている。本第１実施形態では、空気供給装置２１としてコンプレッサを用いている。
【００２５】
燃料電池システムには、燃料電池１０の水素極（負極）側に水素を供給するための水素供給経路３０と、燃料電池１０から排出される未反応水素を含んだオフガスを燃料電池１０に再供給するためのオフガス循環経路３１が設けられている。なお、水素供給経路３０が本発明の燃料ガス供給経路に相当している。
【００２６】
水素供給経路３０の最上流部には水素供給装置３２が設けられている。本第１実施形態では、水素供給装置３１として水素ガスが充填された高圧水素タンクを用いている。水素供給経路３０におけるオフガス循環経路３１との合流点より上流側には、水素供給装置３１からの水素供給量および水素供給圧力を調整するための調圧弁３３が設けられている。
【００２７】
水素供給経路３０におけるオフガス循環経路３１の合流点には、オフガスを循環させるためのポンプ手段としてエジェクタポンプ３４が設けられている。エジェクタポンプ３４は、水素供給装置３１から供給される主供給水素の流体エネルギを利用してオフガスを吸引して燃料電池１０に再循環させるものである。本第１実施形態のエジェクタポンプ３４は、主供給水素の流速を調整して、オフガスの循環量およびエジェクタポンプ３４の吐出圧を調整することができるように構成されている。なお、エジェクタポンプ３４は本発明のオフガス循環流量調整手段に相当している。
【００２８】
上述のように、燃料電池１０の水素極側には水分が存在しているため、オフガスには飽和蒸気圧の水蒸気と、凝縮して液滴状態となった水分とが含まれている。さらに、オフガスには、窒素等の不純物が含まれる。オフガス循環経路３１には、オフガス中に含まれる水分を分離除去するための気液分離器３５、不純物を含んだオフガスを外部に排出して不純物を除去するためのパージバルブ３６が設けられている。なお、気液分離器３５にてオフガスから分離された水は、下方に設けられたバルブを開放することにより外部に排出される。
【００２９】
水素供給経路３０におけるエジェクタポンプ３４の上流側と下流側には、水素供給経路３０内の圧力を検出する圧力センサ３７、３８がそれぞれ設けられている。エジェクタポンプ３４より上流側の第１の圧力センサ３７では、高圧水素タンク３２から放出された水素が調圧弁３３で減圧調圧された水素供給圧を検出し、エジェクタポンプ３４より下流側の第２の圧力センサ３８では、エジェクタポンプ３４の吐出圧を検出する。
【００３０】
また、本実施形態の燃料電池システムには、オフガスが通過する配管の温度を検出する温度センサ３９、４０が設けられている。水素供給経路３０におけるエジェクタポンプ３４と燃料電池１０との間に設けられた第１温度センサ３９は、水素供給経路３０の配管温度を検出し、オフガス循環経路３１に設けられた第２温度センサ４０は、オフガス循環経路３１の配管温度を検出する。
【００３１】
燃料電池１０は発電に伴い発熱を生じるため、燃料電池システムには、燃料電池１０を冷却して作動温度が電気化学反応に適温（例えば８０℃程度）となるよう冷却システム５０〜５７が設けられている。
【００３２】
冷却システムには、燃料電池１０に冷却水（熱媒体）を循環させる冷却水循環経路５０、冷却水を循環させるウォータポンプ（冷却水循環手段）５１、ファン（送風手段）５２を備えたラジエータ（放熱手段）５３が設けられている。燃料電池１０で発生した熱は、冷却水を介してラジエータ５３で系外に排出される。冷却水循環経路５０には、冷却水をラジエータ５３をバイパスさせるバイパス経路５４が設けられている。冷却水循環経路５０とバイパス経路５４との合流点には、ラジエータ５３に流れる冷却水とバイパス経路５４に流れる冷却水の流量比を調整する流量調整弁５５が設けられている。冷却水循環経路５０におけるラジエータ５３の下流側には、冷却水温度を検出するための温度センサ５６が設けられている。
【００３３】
燃料電池システムには、各種演算処理を行う制御部（ＥＣＵ）６０が設けられている。制御部６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータとその周辺回路にて構成されている。そして、制御部６０には、外気温センサ１５、圧力センサ３７、３８、温度センサ３９、４０、５６等からの信号が入力される。なお、外気温センサ１５、第２温度センサ４０および制御部６０が本発明の凍結予測手段に相当し、冷却水循環経路５０、ウォータポンプ５１、ファン５２、ラジエータ５３および制御部６０が本発明のオフガス水分量減少手段に相当し、制御部６０は本発明の発電量制御手段に相当している。
【００３４】
制御部６０は、アクセル開度等に基づいて演算した要求電力を燃料電池１０が発電するために必要な水素供給量、必要なオフガス循環量、必要な水素供給圧力（エジェクタポンプ吐出圧）、必要な空気供給量等を演算する。制御部６０は、これらの演算結果に基づいて空気供給装置２２、調圧弁３３、エジェクタポンプ３４に制御信号を出力する。
【００３５】
また、制御部６０は、オフガス中の水分除去制御のために気液分離器３５に制御信号を出力する。さらに制御部６０は、燃料電池１０への水素供給量と燃料電池１０における水素消費量とからストイキ値を演算し、ストイキ値が所定値を下回らないようにパージバルブ３６に制御信号を出力してオフガス中の不純物排出制御を行う。さらに制御部６０は、冷却水流量や放熱量を制御して燃料電池１０の運転温度を適温に保つために、ウォータポンプ５１、ラジエータファン５２、流量調整弁５５等に制御信号を出力する。
【００３６】
図２は、燃料電池１０の温度ＴFC、オフガス循環流路３１の配管温度ＴP、オフガス中の水分量Ｗの関係を示している。図２中のＴFCOはオフガス中の水分が凍結しても配管閉塞に至らない状態を保持可能な燃料電池１０の運転温度であり、ＴPOは配管内で水分が凍結しても溶解可能な配管温度であり、ＷOはオフガス中の水分が凍結しても配管閉塞に至らない水分量である。配管温度ＴPがＴPOを下回っている場合に、オフガス中の水分量ＷがＷOを上回ると配管閉塞に至る。ＷOは、オフガスの流量、温度、圧力によって変動する値である。
【００３７】
図２に示すように、燃料電池１０の運転開始後、燃料電池温度ＴFCおよび配管温度ＴPが徐々に高くなり、オフガス中の水分量Ｗが徐々に増加する。配管温度ＴPの上昇は燃料電池温度ＴFCの上昇より遅れる。このため、ｔ１の時点では、燃料電池温度ＴFCがＴFCOに達しているが、配管温度ＴPはＴPOに達していない。このとき、燃料電池温度ＴFCが上昇し、オフガス中の水分量ＷがＷOを上回ると、配管閉塞に至る可能性がある。その後、配管温度ＴPが上昇し、ｔ２の時点では配管温度ＴPがＴPOに達しているため、オフガス中の水分凍結によって配管閉塞が発生しなくなる。したがって、配管温度ＴPが上昇しＴPOに達するまでは、オフガス中の水分凍結防止制御を行う必要がある。
【００３８】
図３は、本実施形態の制御部６０が行うオフガス中の水分凍結防止制御を示すフローチャートである。
【００３９】
まず、外気温センサ１５にて外気温を検出し（Ｓ１０）、外気温が所定温度（例えば０℃）を下回っているか否かを判定する（Ｓ１１）。この所定温度は、オフガス中の水分が凍結するか否かを判定するための基準となる外気温である。この結果、外気温が所定温度を下回っていない場合には（Ｓ１１：ＮＯ）、オフガス中に含まれる水分の凍結が予測されないので、何もせず終了する。一方、外気温が所定温度を下回っている場合には（Ｓ１１：ＹＥＳ）、オフガス中に含まれる水分の凍結が予測されるので、オフガス水分量抑制処理を行う（Ｓ１２）。
【００４０】
図４は、オフガス中に含まれる水分量とオフガス流量との関係を示している。図４中の破線はオフガス温度が２０℃の場合を示し、一点鎖線はオフガス温度が０℃を示し、実線はオフガス温度が−２０℃の場合を示している。図４に示すように、オフガスの温度が低いほど飽和蒸気圧が低下するので、オフガス中の水分量が低下する。さらに、オフガス流量が少ないほど、オフガス中の水分量が低下する。
【００４１】
したがって、オフガス水分量抑制処理では、オフガスの温度を低下させるために、ウォータポンプ５１による冷却水流量を増大し、さらにファン５２によるラジエータ５３の冷却量を増大して、燃料電池１０の冷却量を増大させている。これにより、燃料電池１０から排出されるオフガス温度が低下し、オフガスの飽和蒸気圧が低下するので、オフガス中に含まれて燃料電池１０から排出される水分量を低下させることができる。さらにオフガス水分量抑制処理では、エジェクタポンプ３４によるオフガス循環流量を低下させる。これにより、オフガス中に含まれて燃料電池１０から排出される水分量を低下させることができる。
【００４２】
次に、第２温度センサ４０にてオフガス循環経路３１の配管温度を検出し（Ｓ１３）、配管温度が所定配管温度を上回っているか否かを判定する（Ｓ１４）。この所定配管温度は、オフガス中の水分が凍結するか否かを判定するための基準となる配管温度である。この結果、配管温度が所定配管温度を上回っていない場合には（Ｓ１４：ＮＯ）、オフガス中に含まれる水分の凍結が予測されるので、燃料電池１０の発電抑制運転を行い（Ｓ１５）、上記Ｓ１２の処理に戻る。
【００４３】
この発電抑制運転では、燃料電池１０の発電量を抑制することで、電気化学反応による生成水の発生を抑制し、オフガス中の水分量を低下させる。例えば、燃料電池１０に対する要求電力が５０ｋＷの場合に、通常運転時には燃料電池１０の目標電力を５０ｋＷに設定するとした場合、発電抑制運転時では燃料電池１０の目標電力を３０ｋＷに抑える。このため、発電抑制運転時には通常運転時より水素供給量が抑えられ、燃料電池１０の発電電力が低くなる。これにより、燃料電池１０内で発生する生成水の量を少なくすることができる。さらに、発電抑制運転時には通常運転時より燃料電池１０の発熱量が小さくなるので、オフガス温度を低くすることもできる。
【００４４】
一方、配管温度が所定配管温度を上回った場合には（Ｓ１４：ＹＥＳ）、オフガス中に含まれる水分の凍結が予測されないので、通常運転を行う（Ｓ１６）。
【００４５】
以上のように、オフガス中の水分凍結が予測される場合に、燃料電池１０の冷却量増大、オフガス流量の抑制、あるいは燃料電池１０の発電電力抑制を行うことで、オフガスに含まれて燃料電池１０から排出される水分量を抑制することができる。これにより、オフガス中の水分が凍結することを抑制でき、簡易な構成でオフガス中の水分凍結によって配管等が閉塞することを防止できる。
【００４６】
また、燃料電池１０から排出される水分量を抑制することで、オフガス中の水分を除去する気液分離器３５は水分除去能力が低いものを用いることができる。したがって、気液分離器３５は、小型で簡易な構造のものを用いることができ、安価なものとすることができる。
【００４７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図５に基づいて説明する。
【００４８】
図５は、本第２実施形態の燃料電池システムの全体概略構成を示している。図５に示すように、本実施形態では、オフガス循環経路３１にオフガス循環流量調整手段としてのオフガス循環ポンプ４１が設けられている。オフガス循環ポンプ４１は、電動式モータによって作動し、ポンプ回転数を変化させることでオフガスの流量を制御することができる。オフガス循環ポンプ４１の吐出側圧力は、調圧弁３３による水素供給圧力制御により任意の圧力に調整されている。オフガス循環ポンプ４１によるオフガス循環量は、制御部６０によって制御される。このようなオフガス循環ポンプ４１を用いる構成によっても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４９】
（他の実施形態）
なお、上記第１実施形態ではオフガス循環手段としてエジェクタポンプ３４を用い、上記第２実施形態ではオフガス循環手段としてオフガス循環ポンプ４１を用いたが、これら異種のポンプを同時に用いてもよい。この場合には、エジェクタポンプ３４とオフガス循環ポンプ４１とを直列あるいは並列に配置すればよい。これらのポンプは流量特性が異なるので、それぞれの流量特性に応じて使い分けることで、効率よくオフガスを循環させることができる。
【００５０】
エジェクタポンプ３４は、主供給水素の流量が少ない場合にはオフガス循環流量が少なくなり、オフガス循環ポンプ４１は、オフガス循環流量が多い場合には消費電力が大きくなる。このため、主供給水素の流量が少ない場合には、エジェクタポンプ３４によるオフガス循環流量が少なくなるので、主にオフガス循環ポンプ４１によりオフガスを循環させ、主供給水素の流量が多い場合には、エジェクタポンプ３４によるオフガス循環流量が多くなるので、主にエジェクタポンプ３４によりオフガスを循環させるようにすればよい。
【００５１】
さらに、同種のポンプ（例えばエジェクタポンプ同士、電動モータ式ポンプ同士）であって流量特性の異なるものを用意し、これらを直列あるいは並列に設けてもよい。
【００５２】
また、上記実施形態では、第２温度センサ４０でオフガス循環経路３１の配管温度を検出したが、第２温度センサ４０でオフガス循環経路３１のオフガス温度を検出し、このオフガス温度に基づいてオフガス中の水分が凍結するかどうかを予測するように構成してもよい。
【００５３】
また、上記実施形態では、外気温センサ１５や第２温度センサ４０の検出値に基づいてオフガス中の水分の凍結を予測したが、これに限らず、例えば水素供給経路３０におけるオフガス循環経路３１との合流点と燃料電池１０との間の配管温度を第１温度センサ３９で検出し、この配管温度に基づいてオフガス中の水分が凍結するかどうかを予測するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】第１実施形態の燃料電池システムの全体構成を示す概念図である。
【図２】燃料電池の温度ＴFC、オフガス循環流路３１の配管温度ＴP、オフガス中の水分量Ｗの時間経過に伴う関係を示す図である。
【図３】オフガス中の水分凍結防止制御を示すフローチャートである。
【図４】オフガス中に含まれる水分量とオフガス流量との関係を示す図である。
【図５】第２実施形態の燃料電池システムの全体構成を示す概念図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０…燃料電池、２０…空気供給経路、２２…空気供給装置、３０…水素供給経路、３１…オフガス循環経路、３２…水素供給装置、３３…調圧弁、３４…エジェクタポンプ、３５…気液分離器、３９、４０…温度センサ、５１…ウォータポンプ、５２…ラジエータファン、５３…ラジエータ、６０…制御部。
【図１】
2006164731.tif 000003
【図２】
2006164731.tif 000004
【図３】
2006164731.tif 000005
【図４】
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【図５】
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