(57)【要約】【課題】  燃料電池システムの起動時において、アノード系流路に残留する不要ガスを効率的に排出する技術を提供すること。【解決手段】  燃料ガス供給源から供給される燃料ガスを燃料電池に導くための供給流路と、燃料電池から燃料排ガスを排出するための排出流路と、排出流路と供給流路に接続され、排出流路から供給流路に燃料排ガスを環流するための循環流路と、循環流路上に設けられたポンプと、排出流路において、循環流路との第１の接続部、又は、第１の接続部よりも排出流路を流れる燃料排ガスの流れに対する下流側の位置に設けられ、燃料排ガスを排出するためのパージ弁とを備える燃料電池システムの制御を行い、燃料電池の起動時において燃料ガス供給源から供給流路に燃料ガスが供給される場合に、ポンプを、供給された燃料ガスが循環流路を介して排出流路に導かれるように駆動させると共に、パージ弁を開弁させる。【選択図】        図１
2006114226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムの制御装置であって、
前記燃料電池システムは、
燃料電池と、
燃料ガス供給源と、
前記燃料ガス供給源から供給される燃料ガスを前記燃料電池に導くための供給流路と、
前記燃料電池から燃料排ガスを排出するための排出流路と、
前記排出流路と前記供給流路に接続され、前記排出流路から前記供給流路に前記燃料排ガスを環流するための循環流路と、
前記循環流路上に設けられたポンプと、
前記排出流路において、前記循環流路との第１の接続部、又は、前記第１の接続部よりも前記排出流路を流れる前記燃料排ガスの排出方向に対する下流側の位置に設けられ、前記燃料排ガスを外部へ排出するためのパージ弁と、
を備え、
前記制御装置は、
前記燃料電池の起動時において、
前記燃料ガス供給源から前記供給流路に前記燃料ガスが供給される場合に、
前記ポンプを、供給された前記燃料ガスが前記循環流路を介して前記排出流路に導かれるように駆動させると共に、前記パージ弁を開弁させることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制御装置において、
前記燃料電池の起動時において、
前記燃料ガス供給源から前記供給流路に前記燃料ガスが供給され、
前記ポンプを、供給された前記燃料ガスが前記循環流路を介して前記排出流路に導かれるように駆動させた場合に、供給された前記燃料ガスが、前記供給流路と前記循環流路との第２の接続部から、前記供給流路、前記燃料電池、および前記排出流路を通って前記第１の接続部へも流れる場合であって、
供給された前記燃料ガスが、前記第２の接続部から、前記循環流路を通って前記第１の接続部へ到達するまでの時間と、前記第２の接続部から、前記供給流路、前記燃料電池、および前記排出流路を通って前記第１の接続部へ到達するまでの時間とが同程度となるように、前記ポンプを調整して駆動させることを特徴とする制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の制御装置において、
前記燃料電池システムは、
前記排出流路において、前記燃料電池と前記第１の接続部との間に、前記燃料電池からのガスの流れを遮断するガス遮断弁を備え、
前記制御装置は、
前記燃料電池の起動時において、
前記燃料ガス供給源から前記供給流路に前記燃料ガスが供給される場合に、
前記ガス遮断弁を閉弁させた状態で、前記ポンプを、供給された前記燃料ガスが前記循環流路を介して前記排出流路に導かれるように駆動させると共に、前記パージ弁を開弁させることを特徴とする制御装置。
【請求項４】
燃料電池システムの制御装置であって、
前記燃料電池システムは、
燃料電池と、
燃料ガス供給源と、
前記燃料ガス供給源から供給される燃料ガスを前記燃料電池に導くための供給流路と、
前記燃料電池から燃料排ガスを排出するための排出流路と、
前記排出流路と前記供給流路に接続され、前記排出流路から前記供給流路に前記燃料排ガスを環流するための循環流路と、
前記循環流路上に設けられたポンプと、
前記排出流路において、前記循環流路との第１の接続部、又は、前記第１の接続部よりも前記排出流路を流れる前記燃料排ガスの排出方向に対する下流側の位置に設けられ、前記燃料排ガスを外部へ排出するためのパージ弁と、
前記供給流路において、前記循環流路との第２の接続部よりも、前記供給流路を流れる前記燃料ガスの流れ方向に対する上流側の位置に設けられ、ガスの流れを遮断する第１の遮断弁と、
を備え、
前記制御装置は、
前記燃料電池の起動時において、
少なくとも前記第１の遮断弁を閉弁させた状態で、前記ポンプを、前記循環流路において、前記排出流路から前記供給流路に前記燃料排ガスを環流する方向に対して逆方向にガスが流れるように駆動させた後に、前記パージ弁を開弁させることを特徴とする制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の制御装置において、
前記燃料電池システムは、
前記排出流路において、前記燃料電池と前記第１の接続部との間に、ガスの流れを遮断する第２の遮断弁を備え、
前記制御装置は、
前記燃料電池の起動時において、
前記第１の遮断弁に加え、少なくとも前記第２の遮断弁も閉弁させた状態で、前記ポンプを、前記排出流路から前記供給流路に前記燃料排ガスが環流する方向に対して逆方向にガスが流れるように駆動させた後に、前記パージ弁を開弁させることを特徴とする制御装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の制御装置において、
前記燃料電池の起動時において、
前記ポンプを、前記排出流路から前記供給流路に前記燃料排ガスが環流する方向に対して逆方向にガスが流れるように駆動させ、前記パージ弁を開弁させた後、
前記第１の遮断弁を開弁させて前記燃料ガス供給源から前記供給流路に前記燃料ガスを供給させることを特徴とする制御装置。
【請求項７】
燃料電池システムであって、
燃料電池と、
燃料ガス供給源と、
前記燃料ガス供給源から供給される燃料ガスを前記燃料電池に導くための供給流路と、
前記燃料電池から燃料排ガスを排出するための排出流路と、
前記排出流路と前記供給流路に接続され、前記排出流路から前記供給流路に前記燃料排ガスを環流するための循環流路と、
前記循環流路上に設けられたポンプと、
前記排出流路において、前記循環流路との第１の接続部、又は、前記第１の接続部よりも前記排出流路を流れる前記燃料排ガスの排出方向に対する下流側の位置に設けられ、前記燃料排ガスを外部へ排出するためのパージ弁と、
を備え、
前記燃料電池の起動時において、
前記燃料ガス供給源から前記供給流路に前記燃料ガスを供給し、
前記ポンプを、供給された前記燃料ガスが前記循環流路を介して前記排出流路に導かれるように駆動すると共に、前記パージ弁を開弁することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
燃料電池システムであって、
燃料電池と、
燃料ガス供給源と、
前記燃料ガス供給源から供給される燃料ガスを前記燃料電池に導くための供給流路と、
前記燃料電池から燃料排ガスを排出するための排出流路と、
前記排出流路と前記供給流路に接続され、前記排出流路から前記供給流路に前記燃料排ガスを環流するための循環流路と、
前記循環流路上に設けられたポンプと、
前記排出流路において、前記循環流路との第１の接続部、又は、前記第１の接続部よりも前記排出流路を流れる前記燃料排ガスの排出方向に対する下流側の位置に設けられ、前記燃料排ガスを外部へ排出するためのパージ弁と、
前記供給流路において、前記循環流路との第２の接続部よりも、前記供給流路を流れる前記燃料ガスの流れ方向に対する上流側の位置に設けられ、ガスの流れを遮断する第１の遮断弁と、
を備え、
前記燃料電池の起動時において、
少なくとも前記第１の遮断弁を閉弁した状態で、前記ポンプを、前記循環流路において、前記排出流路から前記供給流路に前記燃料排ガスを環流する方向に対して逆方向にガスが流れるように駆動させた後に、前記パージ弁を開弁することを特徴とする燃料電池システム。
【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おいて、燃料電池の起動時に、燃料電池内や燃料電池に接続される流路等に内在する燃料ガス以外の不要ガスを排出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、新しいエネルギ源として、水素などの燃料ガス（以下、アノードガスとも呼ぶ。）と酸素とを用いて発電を行う燃料電池が注目されつつある。従来、この燃料電池の燃料電池システムは、燃料電池にアノードガスを供給するためのアノードガス供給流路や燃料電池の燃料極（以下、アノードと呼ぶ。）から排出されるアノード排ガスを排出するためのアノード排ガス流路や、アノード排ガスを循環させるためのガス循環流路などを備えている。以下では、これらアノードガス供給流路と、アノード排ガス流路と、ガス循環流路と、燃料電池のアノード内のアノードガスが通る流路とを、総称してアノード系流路とも呼ぶ。
【０００３】
ところで、燃料電池システムの停止時において、アノード系流路がアノードガスで満たされ外気と遮断されていても燃料電池の酸素極側からアノード側へアノードガス以外の不要ガスが流入し、それがアノード系流路に拡散して残留する場合がある。また、燃料電池システムの停止時には、アノード系流路を大気開放する場合もある。このような状態で、すなわち、アノード系流路に、不要ガスが残留した状態で燃料電池システムを起動すると、燃料電池システム内を不要ガスが循環し、アノードでのアノードガスの分圧が低下してしまい、燃料電池の起動性が悪化したり、燃料電池の性能が低下するという問題があった。このような問題を解決するために、例えば、下記特許文献１に記載の技術が開示されている。この特許文献１には、アノードガス供給流路とガス循環流路との接続部にエゼクタが設けられ、このエゼクタにおいてアノードガス供給流路内を流れるアノードガスのジェットポンプ効果によって、ガス循環流路を介してアノード排ガスをアノードガスとして循環させる燃料電池システムが示されている。この燃料電池システムでは、起動時において、アノードガスの供給量を調整することで、アノードガスが、燃料電池のアノード側を流れると共に、エゼクタを介してガス循環流路内をアノード排ガスが循環する循環方向に対して逆方向（以下では、循環方向の逆方向と呼ぶ。）にも流れるようにしている。この結果、アノード系流路に残留する不要ガスは、アノードガスと共に外部へ排出（パージ）されるようになっている。
【０００４】
【特許文献１】特開平２００３−１５７８７５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、上述の特許文献１に記載の技術では、燃料電池システムの起動時において、アノードガスを、エゼクタからガス循環流路内を循環方向の逆方向に流すためには、エゼクタにおいてジェットポンプ効果を生じさせないようにしなければならず、そのため、アノードガスの供給量を抑制する必要があった。その結果、アノード系流路から残留する不要ガスを排出するために、時間がかかるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、燃料電池システムの起動時において、アノード系流路に残留する不要ガスを素早く排出する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の第１の燃料電池システムの制御装置は、
前記燃料電池システムが、
燃料電池と、
燃料ガス供給源と、
前記燃料ガス供給源から供給される燃料ガスを前記燃料電池に導くための供給流路と、
前記燃料電池から燃料排ガスを排出するための排出流路と、
前記排出流路と前記供給流路に接続され、前記排出流路から前記供給流路に前記燃料排ガスを環流するための循環流路と、
前記循環流路上に設けられたポンプと、
前記排出流路において、前記循環流路との第１の接続部、又は、前記第１の接続部よりも前記排出流路を流れる前記燃料排ガスの排出方向に対する下流側の位置に設けられ、前記燃料排ガスを外部へ排出するためのパージ弁と、
を備え、
前記制御装置は、
前記燃料電池の起動時において、
前記燃料ガス供給源から前記供給流路に前記燃料ガスが供給される場合に、
前記ポンプを、供給された前記燃料ガスが前記循環流路を介して前記排出流路に導かれるように駆動させると共に、前記パージ弁を開弁させることを要旨とする。
【０００８】
上記構成の燃料電池システムの制御装置によれば、燃料電池システムの起動時において、燃料ガスの供給量を抑制することなく、少なくとも循環流路内に燃料ガスを流し、その後排出することができる。その結果、燃料ガスと共に、循環流路内に残留する不要ガスを素早く排出することができる。
【０００９】
上記制御装置において、
前記燃料電池の起動時に、
前記燃料ガス供給源から前記供給流路に前記燃料ガスが供給され、
前記ポンプを、供給された前記燃料ガスが前記循環流路を介して前記排出流路に導かれるように駆動させた場合に、供給された前記燃料ガスが、前記供給流路と前記循環流路との第２の接続部から、前記供給流路、前記燃料電池、および前記排出流路を通って前記第１の接続部へも流れる場合であって、
供給された前記燃料ガスが、前記第２の接続部から、前記循環流路を通って前記第１の接続部へ到達するまでの時間と、前記第２の接続部から、前記供給流路、前記燃料電池、および前記排出流路を通って前記第１の接続部へ到達するまでの時間とが同程度となるように、前記ポンプを調整して駆動させるようにしてもよい。
【００１０】
このようにすれば、排出流路や供給流路や循環流路などに残留する不要ガスがパージ弁へ向かう以外の方向へ拡散することを抑制しつつ、燃料ガスと共に、不要ガスをパージ弁の外部へ排出することができる。
【００１１】
上記制御装置において、
前記燃料電池システムは、
前記排出流路において、前記燃料電池と前記第１の接続部との間に、前記燃料電池からのガスの流れを遮断するガス遮断弁を備え、
前記制御装置は、
前記燃料電池の起動時において、
前記燃料ガス供給源から前記供給流路に前記燃料ガスが供給される場合に、
前記ガス遮断弁を閉弁させた状態で、前記ポンプを、供給された前記燃料ガスが前記循環流路を介して前記排出流路に導かれるように駆動させると共に、前記パージ弁を開弁させるようにしてもよい。
【００１２】
このようにすれば、供給された燃料ガスは、循環流路を通って、パージ弁から排出される。この時、循環流路を通った燃料ガスは、ガス遮断弁が閉弁しているので、燃料電池方向へ拡散（逆流）することがない。従って、燃料ガスと共に、少なくとも循環流路内の不要ガスを、燃料電池方向へ拡散（逆流）することを防止しつつ、パージ弁の外部へ排出することができる。
【００１３】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の第２の燃料電池システムの制御装置は、
前記燃料電池システムが、
燃料電池と、
燃料ガス供給源と、
前記燃料ガス供給源から供給される燃料ガスを前記燃料電池に導くための供給流路と、
前記燃料電池から燃料排ガスを排出するための排出流路と、
前記排出流路と前記供給流路に接続され、前記排出流路から前記供給流路に前記燃料排ガスを環流するための循環流路と、
前記循環流路上に設けられたポンプと、
前記排出流路において、前記循環流路との第１の接続部、又は、前記第１の接続部よりも前記排出流路を流れる前記燃料排ガスの排出方向に対する下流側の位置に設けられ、前記燃料排ガスを外部へ排出するためのパージ弁と、
前記供給流路において、前記循環流路との第２の接続部よりも、前記供給流路を流れる前記燃料ガスの流れ方向に対する上流側の位置に設けられ、ガスの流れを遮断する第１の遮断弁と、
を備え、
前記制御装置は、
前記燃料電池の起動時において、
少なくとも前記第１の遮断弁を閉弁させた状態で、前記ポンプを、前記循環流路において、前記排出流路から前記供給流路に前記燃料排ガスを環流する方向に対して逆方向にガスが流れるように駆動させた後に、前記パージ弁を開弁させることを要旨とする。
【００１４】
上記構成の燃料電池システムの制御装置によれば、排出流路において燃料電池とパージ弁に挟まれた流路および循環流路においてポンプよりも燃料排ガスの循環方向に対して上流の流路に、元々それらの流路にあった燃料ガス以外の不要ガスと、供給流路内や燃料電池内などに残留する不要ガスを保つことができる。そして、パージ弁を開弁することで、保っていた不要ガスを外部へ排出することができる。また、この場合、燃料ガス供給源から燃料ガスを供給することなく燃料電池システム内の不要ガスを外部へ排出することができるので、燃料ガスを無駄に消費することがない。
【００１５】
上記制御装置において、
前記燃料電池システムは、
前記排出流路において、前記燃料電池と前記第１の接続部との間に、ガスの流れを遮断する第２の遮断弁を備え、
前記制御装置は、
前記燃料電池の起動時において、
前記第１の遮断弁に加え、少なくとも前記第２の遮断弁も閉弁させた状態で、前記ポンプを、前記排出流路から前記供給流路に前記燃料排ガスが環流する方向に対して逆方向にガスが流れるように駆動させた後に、前記パージ弁を開弁させるようにしてもよい。
【００１６】
このようにすれば、排出流路において第２の遮断弁とパージ弁に挟まれた流路および循環流路においてポンプよりも燃料排ガスの循環方向に対して上流の流路に、元々それらの流路にあった燃料ガス以外の不要ガスと、供給流路内や燃料電池内などに残留する不要ガスを封入することができる。そして、パージ弁を開弁することで、封入した不要ガスを外部へ排出することができる。また、この場合、燃料ガス供給源から燃料ガスを供給することなく燃料電池システム内の不要ガスを外部へ排出することができるので、燃料ガスを無駄に消費することがない。
【００１７】
上記制御装置において、
前記燃料電池の起動時に、
前記ポンプを、前記排出流路から前記供給流路に前記燃料排ガスが環流する方向に対して逆方向にガスが流れるように駆動させ、前記パージ弁を開弁させた後、
前記第１の遮断弁を開弁させて前記燃料ガス供給源から前記供給流路に前記燃料ガスを供給させるようにしてもよい。
【００１８】
このようにすれば、供給流路や排出流路や循環流路などに残留する不要ガスを、パージ弁の外部に精度よく排出することができる。
【００１９】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の第１の燃料電池システムは、
燃料電池システムであって、
燃料電池と、
燃料ガス供給源と、
前記燃料ガス供給源から供給される燃料ガスを前記燃料電池に導くための供給流路と、
前記燃料電池から燃料排ガスを排出するための排出流路と、
前記排出流路と前記供給流路に接続され、前記排出流路から前記供給流路に前記燃料排ガスを環流するための循環流路と、
前記循環流路上に設けられたポンプと、
前記排出流路において、前記循環流路との第１の接続部、又は、前記第１の接続部よりも前記排出流路を流れる前記燃料排ガスの排出方向に対する下流側の位置に設けられ、前記燃料排ガスを外部へ排出するためのパージ弁と、
を備え、
前記燃料電池の起動時において、
前記燃料ガス供給源から前記供給流路に前記燃料ガスを供給し、
前記ポンプを、供給された前記燃料ガスが前記循環流路を介して前記排出流路に導かれるように駆動すると共に、前記パージ弁を開弁することを要旨とする。
【００２０】
上記構成の燃料電池システムによれば、燃料電池システムの起動時において、燃料ガスの供給量を抑制させることなく、少なくとも循環流路内に燃料ガスを流し、その後排出させることができる。その結果、燃料ガスと共に、循環流路内に残留する不要ガスを素早く排出させることができる。
【００２１】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の第２の燃料電池システムは、
燃料電池システムであって、
燃料電池と、
燃料ガス供給源と、
前記燃料ガス供給源から供給される燃料ガスを前記燃料電池に導くための供給流路と、
前記燃料電池から燃料排ガスを排出するための排出流路と、
前記排出流路と前記供給流路に接続され、前記排出流路から前記供給流路に前記燃料排ガスを環流するための循環流路と、
前記循環流路上に設けられたポンプと、
前記排出流路において、前記循環流路との第１の接続部、又は、前記第１の接続部よりも前記排出流路を流れる前記燃料排ガスの排出方向に対する下流側の位置に設けられ、前記燃料排ガスを外部へ排出するためのパージ弁と、
前記供給流路において、前記循環流路との第２の接続部よりも、前記供給流路を流れる前記燃料ガスの流れ方向に対する上流側の位置に設けられ、ガスの流れを遮断する第１の遮断弁と、
を備え、
前記燃料電池の起動時において、
少なくとも前記第１の遮断弁を閉弁した状態で、前記ポンプを、前記循環流路において、前記排出流路から前記供給流路に前記燃料排ガスを環流する方向に対して逆方向にガスが流れるように駆動させた後に、前記パージ弁を開弁することを要旨とする。
【００２２】
上記構成の燃料電池システムによれば、排出流路において燃料電池とパージ弁に挟まれた流路および循環流路においてポンプよりも燃料排ガスの循環方向に対して上流の流路に、元々それらの流路にあった燃料ガス以外の不要ガスと、供給流路内や燃料電池内などに残留する不要ガスとを保つことができる。そして、パージ弁を開弁させることで、保っていた不要ガスを外部へ排出させることができる。また、この場合、燃料ガス供給源から燃料ガスを供給することなく燃料電池システム内の不要ガスを外部へ排出することができるので、燃料ガスを無駄に消費することがない。
【００２３】
なお、本発明は、上記した装置発明の態様に限ることなく、燃料電池システムの制御方法などの方法発明としての態様で実現することも可能である。さらには、それら方法や装置を構築するためのコンピュータプログラムとしての態様や、そのようなコンピュータプログラムを記録した記録媒体としての態様や、上記コンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号など、種々の態様で実現することも可能である。
【００２４】
また、本発明をコンピュータプログラムまたはそのプログラムを記録した記録媒体等として構成する場合には、上記装置の動作を制御するプログラム全体として構成するものとしてもよいし、本発明の機能を果たす部分のみを構成するものとしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき次の順序で説明する。
Ａ．第１の実施例：
Ａ１．装置全体の構成：
Ａ２．第１の不要ガス排出処理：
Ｂ．第２の実施例：
Ｃ．第３の実施例：
Ｄ．第４の実施例：
Ｅ．第５の実施例：
Ｆ．第６の実施例：
Ｇ．変形例：
【００２６】
Ａ．第１の実施例：
Ａ１．装置全体の構成：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池システム１００の構成を示すブロック図である。この燃料電池システム１００は、主に燃料電池１０と、水素タンク２０と、ブロワ３０と、制御部２００と、加湿器６０と、循環ポンプ２５０とを備えている。
【００２７】
燃料電池１０は、水素分離膜型の燃料電池であり、構成単位である単セルを複数積層したスタック構造を有している。各単セルは、電解質膜を挟んで水素極（以下、アノードと呼ぶ。）と酸素極（以下、カソードと呼ぶ。）とを配置した構成となっている。各々の単セルのアノード側に水素を含有する燃料ガス（以下、アノードガスと呼ぶ。）を供給し、カソード側に酸素を含有する酸化ガスを供給することで、電気化学反応が進行し、起電力を生じる。燃料電池１０で生じた電力は、燃料電池１０に接続される所定の負荷（図示せず）に供給される。なお、燃料電池１０としては、上記した水素分離膜型燃料電池の他、固体高分子型燃料電池や、アルカリ水溶液電解質型や、リン酸電解質型や、あるいは溶融炭酸塩電解質型等、種々のタイプの燃料電池を用いることができる。
【００２８】
ブロワ３０は、酸化ガスとしての空気を燃料電池１０のカソード側に供給するための装置である。ブロワ３０は、カソードガス供給流路３４を介して燃料電池１０のカソード側に接続されている。カソードガス供給流路３４には、加湿器６０が設けられている。ブロワ３０で圧縮された空気は、加湿器６０によって加湿された後に燃料電池１０に供給される。燃料電池１０には、カソード排ガス流路３６が配されており、電気化学反応に供された後のカソードからの排ガス（以下、カソード排ガスと呼ぶ。）は、カソード排ガス流路３６を通じて外部に排出される。
【００２９】
水素タンク２０は、高圧の水素ガスが貯蔵される貯蔵装置であり、アノードガス供給流路２４を介して燃料電池１０のアノード側に接続されている。アノードガス供給流路２４上において、水素タンク２０の近傍にはアノードガス遮断弁２３０、およびレギュレータ２２が設けられている。アノードガス遮断弁２３０は、レギュレータ２２よりも水素ガスの流れ方向に対して上流側に設けられている。このアノードガス遮断弁２３０が、閉弁状態であると、水素タンク２０からの水素ガスの供給が遮断され、開弁状態であると、水素タンク２０からの水素ガスが供給される。このアノードガス遮断弁２３０の開閉は、後述のバルブ制御部２１０により制御される。水素タンク２０からアノードガス供給流路２４へ供給された高圧の水素ガスは、レギュレータ２２によって調圧される。調圧された水素ガスは、アノードガスとして燃料電池１０のアノード側へ供給される。調圧後の圧力は、燃料電池１０に接続される負荷の大きさ等に応じて適宜設定すればよい。水素タンク２０およびアノードガス供給流路２４は、それぞれ請求項における燃料ガス供給源および供給流路に該当する。
【００３０】
なお、水素タンク２０に代えて、アルコール、炭化水素、アルデヒドなどを原料とする改質反応によって水素を生成し、アノードガス遮断弁２３０、レギュレータ２２を介して燃料電池１０のアノード側へ供給するものとしてもよい。
【００３１】
また、燃料電池１０のアノード側は、アノード排ガス流路２６と接続され、このアノード排ガス流路２６上には、パージ弁２４０が設けられている。燃料電池システム１００の運転中において、電気化学反応に供された後のアノードからの排ガス（以下、アノード排ガスと呼ぶ。）は、定期的に、アノード排ガス流路２６を介し、パージ弁２４０から外部へ排出（パージ）される。これは、以下の理由による。すなわち、燃料電池システム１００の運転中において、アノード排ガスには、水素以外の不要ガスが含まれる場合がある。不要ガスとしては、例えば、カソード側から電解質膜を透過してきた窒素等がある。この不要ガスは、消費されず燃料電池システム１００内を後述のごとく循環し、その結果、アノードガス中の不要ガスの濃度が徐々に増加し、燃料電池１０の発電効率が低下する。そこで、後述のバルブ制御部２１０は、パージ弁２４０を制御して、定期的に、不要ガスを含むアノード排ガスを排出するようにしている。アノード排ガス流路２６およびパージ弁２４０は、それぞれ請求項における排出流路およびパージ弁に該当する。
【００３２】
なお、燃料電池１０として水素分離膜型燃料電池以外の種類のものを用いる場合や、燃料電池１０を使用する環境によっては、他の成分が不要ガスとしてアノード排ガス中に混入する場合もある。
【００３３】
アノード排ガス流路２６において、パージ弁２４０よりもアノード排ガスを排出する流れ方向に対して上流側の位置から、アノードガス供給流路２４へ接続されるガス循環流路２８が設けられている。このガス循環流路２８は、アノード排ガスを、アノードガス供給流路２４に戻す循環機能を有している。以下では、アノード排ガス流路２６とガス循環流路２８の接続部を接続部Ｍと呼び、ガス循環流路２８とアノードガス供給流路２４の接続部を接続部Ｎと呼ぶ。また、ガス循環流路２８において、接続部Ｍから接続部Ｎへのガスの流れ方向を順方向と呼び、接続部Ｎから接続部Ｍへのガスの流れ方向を逆方向と呼ぶ。さらに、アノードガス供給流路２４と、燃料電池１０のアノードにおいてアノードガスが流れる流路（以下、アノード流路と呼ぶ。）と、アノード排ガス流路２６と、ガス循環流路２８とを総称してアノード系流路と呼ぶ。このアノード系流路において、特に、図１の一点鎖線内に示された流路、すなわち、アノードガス供給流路２４においてアノードガス遮断弁２３０よりも水素ガスの流れ方向に対して下流の流路と、アノード流路と、アノード排ガス流路２６においてパージ弁２４０よりもアノード排ガスの排出方向に対して上流の流路と、ガス循環流路２８とを含む流路をアノード系内流路Ｏと呼ぶ。なお、接続部Ｎおよび接続部Ｍは、それぞれ請求項における第２の接続部および第１の接続部に該当する。
【００３４】
また、ガス循環流路２８上には、アノード排ガスを循環させるための循環ポンプ２５０が設けられている。この循環ポンプ２５０は、ガスを送り出す力（以下では、ガス送力と呼ぶ。）を調整（設定）できるようになっている。これにより、ガス循環流路２８を流れるガスの流速（流量）を調節することができる。また、循環ポンプ２５０は、ガスを送り出す方向（以下では、ガス送方向とも呼ぶ。）も変更することができるようになっている。この場合、循環ポンプ２５０がガスを順方向へ送り出すように運転する場合を順駆動と呼び、循環ポンプ２５０がガスを逆方向へ送り出すように運転する場合を逆駆動と呼ぶ。燃料電池システム１００の運転中において、循環ポンプ２５０は、順駆動し、アノード排ガスをアノードガス供給流路２４へ勢いをつけて送り出す。このようにして、アノード排ガスに含まれる水素ガスは、循環して、アノードガスとして再び発電に使用される。なお、循環ポンプ２５０は、内部の圧力損失が大きく、運転停止時には、循環ポンプ２５０内部をほとんどガスが流れない構造となっている。循環ポンプ２５０は、後述のポンプ制御部２２０により制御される。ガス循環流路２８および循環ポンプ２５０は、それぞれ請求項における循環流路およびポンプに対応する。
【００３５】
制御部２００は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行するＣＰＵ（図示せず）と、ＣＰＵで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭ（図示せず）と、同じくＣＰＵで各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭ（図示せず）と、各種信号を入出力する入出力ポート（図示せず）等を備える。この制御部２００は、負荷要求に関する情報等を取得して、燃料電池システム１００を構成する各部、すなわち、ブロワ３０および加湿器６０等に駆動信号を出力し、燃料電池システム１００全体の運転状態を勘案してこれらを制御する。
【００３６】
また、制御部２００は、パージ弁２４０およびアノードガス遮断弁２３０の開閉状態の制御を行うバルブ制御部２１０と、循環ポンプ２５０の制御を行うポンプ制御部２２０としての機能を有している。燃料電池システム１００運転中には、これらバルブ制御部２１０とポンプ制御部２２０は、その運転状態を勘案して、パージ弁２４０、および、循環ポンプ２５０に駆動信号を出力し、それらをそれぞれ制御する。一方、燃料電池システム１００の起動時には、バルブ制御部２１０とポンプ制御部２２０は、燃料電池システム１００運転中とは別の制御を行うが、これらの制御についての詳細は、後述の燃料電池システム１００の起動時における第１の不要ガス排出処理で説明する。
【００３７】
ところで、上述した燃料電池システム１００の運転を停止する際には、パージ弁２４０を閉弁した状態で、アノードガス遮断弁２３０を閉弁し、アノードガスの供給を停止する。従って、この時、アノード系流路におけるアノード系内流路Ｏ内は、アノードガスやアノード排ガスが封入された状態となる。このような状態では、例えば、カソード側から電解質膜を透過してアノード側に窒素等の不要ガスが流入する場合があり、流入した不要ガスがアノード系内流路Ｏ内に拡散して残留する場合がある。その後、このように不要ガスが残留したまま再度燃料電池システムを起動すると、燃料電池システム内を不要ガスが循環し、燃料電池の性能が低下する。従って、本実施例の燃料電池システム１００は、起動時において、アノード系内流路Ｏ内に残留する不要ガスを排出するために、以下に示す第１の不要ガス排出処理を行っている。
【００３８】
Ａ２．第１の不要ガス排出処理：
図２は、本実施例の燃料電池システム１００の起動時における第１の不要ガス排出処理を表わすフローチャートである。この第１の不要ガス排出処理は、燃料電池システム１００の起動時に行われるので、この処理を行う際には、前提条件として、燃料電池システム１００内の状態は、以前に運転を停止した時の状態、すなわち、上述のようにアノードガス遮断弁２３０およびパージ弁２４０が閉弁されており、循環ポンプ２５０も駆動していない状態となっている。この前提条件は、以下に示す他の実施例の不要ガス排出処理においても同様である。
【００３９】
図３は、本実施例における燃料電池システム１００のアノード系流路を拡大して示した図である。図３が示すように、アノード系流路において、ガスが、接続部Ｎから、アノード流路を通って、接続部Ｍへ到達するまでの経路を経路１とし、ガスが、接続部Ｎから、ガス循環流路２８を逆方向に通って接続部Ｍへ到達するまでの経路を経路２とする。
【００４０】
この第１の不要ガス排出処理では、循環ポンプ２５０を制御し、経路１および経路２に同時に水素ガスを流し、パージ弁２４０を介して外部に排出する。
【００４１】
具体的には、まず、図２に示すように、ポンプ制御部２２０は、循環ポンプ２５０を予め決められたガス送力で、逆駆動させる（ステップＳ１０）。次に、バルブ制御部２１０は、アノードガス遮断弁２３０およびパージ弁２４０を開弁する（ステップＳ２０）。このようにすれば、水素タンク２０から水素ガスが供給され、供給された水素ガスは、接続部Ｎにおいて循環ポンプ２５０の逆駆動により一部が経路２へ導かれ、残りが経路１へ向かう。すなわち、供給された水素ガスは、接続部Ｎにおいて分流され、経路１および経路２を流れる。その後、各経路を流れた水素ガスは、再び接続部Ｍで合流し、パージ弁２４０を介して外部に排出される。その結果、供給される水素ガスと共に、アノード系内流路Ｏ内に残留する不要ガスを、パージ弁２４０を介して外部に排出することができる。
【００４２】
そして、所定時間経過後に、ポンプ制御部２２０がパージ弁２４０を閉弁し（ステップＳ３０）、ポンプ制御部２２０が循環ポンプ２５０を順駆動し（ステップＳ４０）、発電が開始される。
【００４３】
なお、上述のステップＳ１０の処理で、ポンプ制御部２２０が、循環ポンプ２５０を逆駆動させる場合におけるガス送力は、以下のように設定されることが望ましい。すなわち、まず、実験的に、循環ポンプ２５０を逆駆動させて、水素タンク２０から供給されレギュレータ２２によって調圧された後の水素ガスが、経路１および経路２で分流し、かつ、その調圧後の水素ガスが、分流後経路１を通って接続部Ｍへ到達するまでの時間と、分流後経路２を通って接続部Ｍへ到達するまでの時間が同程度になるようなガス送力の測定値を求めておく。この測定値を、循環ポンプ２５０を逆駆動させる場合のガス送力の設定値とする。
【００４４】
このようにすれば、水素タンク２０から供給され、接続部Ｎで経路１および経路２に分流された水素ガスは、接続部Ｍで略同時に合流し、パージ弁２４０を介して外部へ排出される。従って、アノード系内流路Ｏに残留する不要ガスがパージ弁２４０へ向かう以外の方向へ拡散することを抑制しつつ、水素ガスと共に、不要ガスをパージ弁２４０の外部へ排出することができる。その結果、不要ガスを効率的に排出することができる。また、このようにすれば、水素タンク２０からの水素ガスの供給量を抑制する必要がないので、アノード系内流路Ｏ内に残留する不要ガスをパージ弁を介して素早く外部へ排出することができる。その結果、燃料電池システム１００の起動時間を短縮することができる。
【００４５】
また、上述のステップＳ２０の処理で、バルブ制御部２１０が、アノードガス遮断弁２３０とパージ弁２４０を開弁させるタイミングは、アノードガス遮断弁２３０をパージ弁２４０よりも早く開弁するか、若しくは、ほぼ同時に開弁することが望ましい。このようにすれば、パージ弁２４０を開放した際に、外気がアノード系内流路Ｏ内に逆流し、拡散することを防止することができる。
【００４６】
Ｂ．第２の実施例：
次に、本発明における第２の実施例を説明する。本発明の第２の実施例における燃料電池システム１１０は、第１の実施例の燃料電池システム１００と同様の構成である。
【００４７】
第１の実施例の燃料電池システム１００では、起動時における第１の不要ガス排出処理において、水素タンク２０から供給された水素ガスを、経路１および経路２で分流し、さらに、分流後の水素ガスが経路１（図３）を通って接続部Ｍへ到達するまでの時間と、経路２（図３）を通って接続部Ｍへ到達するまでの時間が同程度になるように流し、パージ弁２４０を介して外部に排出するようにしていた。
【００４８】
一方、本実施例の燃料電池システム１１０では、起動時における第２の不要ガス排出処理において、水素タンク２０から供給された水素ガスを、まず、経路１に流しパージ弁２４０を介して排出し、次に、経路２に流しパージ弁２４０を介して排出する。
【００４９】
具体的には、この第２の不要ガス排出処理において、まず、バルブ制御部２１０は、アノードガス遮断弁２３０およびパージ弁２４０を開弁する。この場合、循環ポンプ２５０は停止した状態である（前提条件）。このようにすれば、水素タンク２０から水素ガスが供給され、その水素ガスは、停止状態では圧力損失が大きい循環ポンプ２５０をほとんど流れず（すなわち、経路２をほとんど流れず）、経路１を通って、パージ弁２４０を介して排出される。次に、ポンプ制御部２２０は、予め決められたガス送力で、循環ポンプ２５０を逆駆動する。この場合における予め決められたガス送力は、供給された水素ガスの大部分が経路２を通るように強めに設定することが望ましい。このようにすれば、供給された水素ガスが主に経路２を通って、パージ弁２４０を介して排出される。
【００５０】
以上のようにすれば、循環ポンプ２５０を逆駆動させる際にガス送力の設定値を細かく設定することなく、アノード系内流路Ｏ（図１）に残留する不要ガスがパージ弁２４０へ向かう以外の方向へ拡散することを抑制しつつ、水素ガスと共に、不要ガスをパージ弁２４０の外部へ排出することができる。
【００５１】
そして、所定時間経過後に、バルブ制御部２１０がパージ弁２４０を閉弁し、ポンプ制御部２２０が循環ポンプ２５０を順駆動し、発電が開始される。
【００５２】
Ｃ．第３の実施例：
次に、本発明における第３の実施例を説明する。本発明の第３の実施例における燃料電池システム１２０は、第１および第２の実施例の燃料電池システム１００と同様の構成である。
【００５３】
第２の実施例の燃料電池システム１１０では、起動時における第２の不要ガス排出処理において、水素タンク２０から供給された水素ガスを、まず、経路１（図３）に流しパージ弁２４０を介して排出し、次に、主に経路２（図３）に流しパージ弁２４０を介して排出していた。
【００５４】
一方、本実施例の燃料電池システム１２０では、起動時における第３の不要ガス排出処理において、水素タンク２０から供給された水素ガスを、まず、経路２に流しパージ弁２４０を介して排出し、次に、経路１に流しパージ弁２４０を介して排出する。
【００５５】
具体的には、この第３の不要ガス排出処理において、まず、ポンプ制御部２２０は、循環ポンプ２５０を予め決められたガス送力で逆駆動する。この場合において、予め決められたガス送力は、水素ガスが水素タンク２０から供給された場合に、その水素ガスの大部分が経路２を通るように強めに設定する。そして、バルブ制御部２１０は、アノードガス遮断弁２３０およびパージ弁２４０を開弁する。このようにすれば、水素タンク２０から水素ガスが供給され、その水素ガスは、主に経路２を通って、パージ弁２４０を介して排出される。次に、ポンプ制御部２２０は、循環ポンプ２５０の運転を停止する。このようにすれば、停止状態では循環ポンプ２５０の圧力損失は大きいので、供給される水素ガスは、経路２をほとんど流れず、経路１を通ってパージ弁２４０を介して排出される。
【００５６】
以上のようにすれば、循環ポンプ２５０を逆駆動させる際にガス送力の設定値を細かく設定することなく、アノード系内流路Ｏ（図１）に残留する不要ガスがパージ弁２４０へ向かう以外の方向へ拡散することを抑制しつつ、水素ガスと共に、不要ガスをパージ弁２４０の外部へ排出することができる。
【００５７】
そして、所定時間経過後に、バルブ制御部２１０がパージ弁２４０を閉弁し、ポンプ制御部２２０が循環ポンプ２５０を順駆動し、発電が開始される。
【００５８】
Ｄ．第４の実施例：
図４は、第４の実施例における燃料電池システム１３０の構成を示すブロック図である。
次に、本発明における第４の実施例を説明する。本実施例における燃料電池システム１３０は、第１ないし第３の実施例の燃料電池システム１００ないし燃料電池システム１２０と基本的に同様の構成となっているが、図４に示すように、燃料電池１０と接続部Ｍとの間のアノード排ガス流路２６上にガスの流れを遮断するアノード排ガス流路遮断弁２６０を備える。なお、バルブ制御部２１０は、このアノード排ガス流路遮断弁２６０の開閉を制御する。アノード排ガス流路遮断弁２６０は、請求項におけるガス遮断弁に該当する。
【００５９】
図５は、本実施例の燃料電池システム１３０の起動時における第４の不要ガス排出処理を表わすフローチャートである。
本実施例の燃料電池システム１３０は、上述の第１ないし第３の実施例で説明した起動時における第１ないし第３の不要ガス排出処理とは異なる、図５に示す第４の不要ガス排出処理を行う。以下に、この第４の不要ガス排出処理について説明する。
【００６０】
図６は、本実施例における燃料電池システム１３０のアノード系流路を拡大して示した図である。この図６に示すアノード系流路において、点線で囲まれた流路、すなわち、アノードガス供給流路２４においてアノードガス遮断弁２３０よりも水素ガスの流れ方向に対して下流の流路と、アノード流路と、アノード排ガス流路２６においてアノード排ガス流路遮断弁２６０よりもアノード排ガスの排出方向に対して上流の流路と、ガス循環流路２８において循環ポンプ２５０よりも逆方向に対して上流の流路と、を含む流路をアノード系内流路Ｐと呼ぶ。さらに、図６に示すように、このアノード系内流路Ｐにおいて、斜線部分に該当する流路、すなわち、接続部Ｎよりも水素ガスの流れ方向に対して下流の流路をアノード系内流路Ｐ１と呼び、アノード系内流路Ｐ１以外の流路をアノード系内流路Ｐ２と呼ぶ。
【００６１】
図５に示すように、この第４の不要ガス排出処理では、まず、バルブ制御部２１０は、アノード排ガス流路遮断弁２６０を閉じる（ステップＳ１００）。次に、ポンプ制御部２２０は、循環ポンプ２５０を逆駆動する（ステップＳ１１０）。そして、バルブ制御部２１０は、アノードガス遮断弁２３０およびパージ弁２４０を開弁する（ステップＳ１２０）。このようにすれば、水素タンク２０から水素ガスが供給され、供給された水素ガスは、経路２のみを通って、パージ弁２４０を介して排出される。その結果、水素ガスと共に、アノード系内流路Ｐにおいて、主にアノード系内流路Ｐ２に残留する不要ガスをパージ弁２４０の外部へ排出することができる。また、この時、上述のごとくアノード排ガス流路遮断弁２６０が閉じているので、不要ガスが燃料電池１０のアノードへ逆流（拡散）するのを防止することができる。
【００６２】
次に、ポンプ制御部２２０は、循環ポンプ２５０の運転を停止する（ステップＳ１３０）。そして、バルブ制御部２１０は、アノード排ガス流路遮断弁２６０を開弁する（ステップＳ１４０）。このようにすれば、上述したように、停止状態では循環ポンプ２５０の圧力損失は大きいので、供給される水素ガスは、経路２をほとんど流れず、経路１を通ってパージ弁２４０を介して排出される。その結果、水素ガスと共に、アノード系内流路Ｐ１に残留する不要ガスを排出することができる。
【００６３】
以上のようにすれば、アノード系内流路Ｐ内に残留する不要ガスを精度よくパージ弁２４０の外部へ排出することができる。
【００６４】
そして、所定時間経過後に、バルブ制御部２１０がパージ弁２４０を閉弁し（ステップＳ３０）、ポンプ制御部２２０が循環ポンプ２５０を順駆動し（ステップＳ４０）、発電が開始される。
【００６５】
Ｅ．第５の実施例：
図７は、第５の実施例の燃料電池システム１４０の起動時における第５の不要ガス排出処理を表わすフローチャートである。
次に、本発明における第５の実施例を説明する。本実施例における燃料電池システム１４０は、第４の実施例の燃料電池システム１３０（図４）と同様の構成となっているが、起動時において、上述の第４の実施例で説明した第４の不要ガス排出処理とは異なり、図７に示す第５の不要ガス排出処理を行う。以下に、この第５の不要ガス排出処理について説明する。
【００６６】
図８は、本実施例における燃料電池システム１４０のアノード系流路を拡大して示した図である。この図８に示すアノード系流路において、斜線部分に該当する流路、すなわち、アノードガス供給流路２４においてアノードガス遮断弁２３０よりも水素ガスの流れ方向に対して下流の流路と、アノードガス流路と、アノード排ガス流路２６においてアノード排ガス流路遮断弁２６０よりもアノード排ガスの排出方向に対して上流の流路と、ガス循環流路２８において循環ポンプ２５０よりも逆方向に対して上流の流路とを含む流路をアノード系内流路Ｑと呼ぶ。また、編線部分に該当する流路、すなわち、アノード排ガス流路２６においてアノード排ガス流路遮断弁２６０とパージ弁２４０に挟まれた流路と、ガス循環流路２８において循環ポンプ２５０よりも逆方向に対して下流の流路とを含む流路をアノード系内流路Ｒと呼ぶ。
【００６７】
図７に示すように、この第５の不要ガス排出処理では、まず、バルブ制御部２１０は、アノード排ガス流路遮断弁２６０を閉弁する（ステップＳ２００）。続いて、ポンプ制御部２２０は、循環ポンプ２５０を逆駆動させる（ステップＳ２１０）。この場合、アノードガス遮断弁２３０およびパージ弁２４０は、閉弁している（前提条件）。このようにすれば、アノード系内流路Ｑにおいて、内在する水素ガスと共に残留する不要ガスをアノード系内流路Ｒに移送することができる。その結果、アノード系内流路Ｒには、移送されたアノード系内流路Ｑに内在していた水素ガスおよびアノード系内流路Ｑ内に残留していた不要ガスと、アノード系内流路Ｒ内に元々内在する水素ガスおよびアノード系内流路Ｒ内に元々残留する不要ガスが封入される。なお、この時、アノード系内流路Ｒ内の圧力は、大気圧より高い状態となっている。
【００６８】
続いて、所定時間経過後、パージ弁を開弁する（ステップＳ２２０）。この所定時間は、燃料電池システム１４０の設計等によって適宜決定される。このようにすれば、アノード系内流路Ｒ内に封入された水素ガスと共に、アノード系内流路Ｒ内に封入された不要ガス、すなわち、アノード系内流路Ｑおよびアノード系内流路Ｒに残留していた不要ガスをパージ弁２４０を介して外部へ排出することができる。
【００６９】
また、以上のようにすれば、水素タンク２０から水素ガスを供給することなく、すなわち、水素ガスを無駄に消費することなく、アノード系内流路Ｑおよびアノード系内流路Ｒ内に残留する不要ガスをパージ弁２４０を介して外部へ排出することができる。
【００７０】
そして、所定時間経過後に、バルブ制御部２１０がパージ弁２４０を閉弁し（ステップＳ２３０）、バルブ制御部２１０がアノードガス遮断弁２３０を開弁し、水素ガスを供給し、ポンプ制御部２２０が循環ポンプ２５０を順駆動し（ステップＳ２４０）、発電が開始される。
【００７１】
なお、この第５の不要ガス排出処理において、ステップＳ２３０の処理（図７）後、第１ないし第３の実施例における第１ないし第３の不要ガス排出処理のいずれかを行うようにしてもよい。このようにすれば、アノード系内流路Ｓおよびアノード系内流路Ｔ内に残留する不要ガスを、パージ弁２４０を介してより精度高く外部に排出することができる。
【００７２】
Ｆ．第６の実施例：
図９は、第６の実施例における燃料電池システム１５０の構成を示すブロック図である。
次に、本発明における第６の実施例を説明する。本実施例における燃料電池システム１５０は、第５の実施例の燃料電池システム１４０と基本的に同様の構成となっているが、図９に示すように、第５の実施例と比べて、アノード排ガス流路遮断弁２６０を備えず、パージ弁２４０のアノード排ガス流路２６と接続される排出口（図示せず）付近に圧力センサ２７０を備えている。また、燃料電池システム１５０の制御部２００は、圧力検出部３００としての機能を備える。この圧力検出部３００は、圧力センサ２７０が示す圧力値を検出する。
【００７３】
図１０は、本実施例の燃料電池システム１５０の起動時における第６の不要ガス排出処理を表わすフローチャートである。
本実施例の燃料電池システム１５０は、起動時において、第５の実施例で説明した第５の不要ガス排出処理とは異なり、図１０に示す第６の不要ガス排出処理を行う。以下に、この第６の不要ガス排出処理について説明する。
【００７４】
図１１は、本実施例における燃料電池システム１５０のアノード系流路を拡大して示した図である。この図１１に示すアノード系流路において、斜線部分に該当する流路、すなわち、アノードガス供給流路２４においてアノードガス遮断弁２３０よりも水素ガスの流れ方向に対して下流の流路と、アノード流路と、ガス循環流路２８において循環ポンプ２５０よりも逆方向に対して上流の流路とを含む流路をアノード系内流路Ｓと呼ぶ。また、編線部分に該当する流路、すなわち、アノード排ガス流路２６においてパージ弁２４０よりもアノード排ガスの排出方向に対して上流の流路と、ガス循環流路２８において循環ポンプ２５０よりも逆方向に対して下流の流路とを含む流路をアノード系内流路Ｔと呼ぶ。
【００７５】
図１０に示すように、この第６の不要ガス排出処理では、まず、ポンプ制御部２２０は、循環ポンプ２５０を逆駆動する（ステップＳ４００）。この場合、アノードガス遮断弁２３０およびパージ弁２４０は、閉弁している（前提条件）。このようにすれば、アノード系内流路Ｓにおいて、内在する水素ガスと共に、残留する不要ガスをアノード系内流路Ｔに移送することができる。ところで、燃料電池１０のアノードにおけるアノード流路は、内部の圧力損失が大きい。従って、アノード系内流路Ｔに移送された水素ガスおよび不要ガスは、ほとんどがアノード流路に逆流することなく、アノード系内流路Ｔに保たれる。その結果、アノード系内流路Ｔには、移送されたアノード系内流路Ｓに内在していた水素ガスおよびアノード系内流路Ｓ内に残留していた不要ガスと、アノード系内流路Ｔ内に元々内在する水素ガスおよびアノード系内流路Ｔ内に元々残留する不要ガスとが保たれる。
【００７６】
次に、圧力検出部３００は、所定時間が経過するまで待機する（ステップＳ４０５：ＮＯ）。循環ポンプ２５０の駆動は継続されているので、所定時間経過後には、アノード系内流路Ｔ内の圧力は、大気圧よりかなり高い状態となっている。この所定時間は、燃料電池システム１５０の設計等に応じて適宜決定される。
【００７７】
続いて、圧力検出部３００は、所定時間が経過したと判断すると（ステップＳ４０５：ＹＥＳ）、圧力センサ２７０から圧力値を取得する（ステップＳ４１０）。この圧力値が表わす圧力は、圧力センサ２７０が設置された位置であるパージ弁２４０の排出口付近における圧力であり、以下では、パージ圧Ｐｒと呼ぶ。
【００７８】
次に、バルブ制御部２１０は、パージ圧Ｐｒが、大気圧と微少圧力ΔＰとの和（以下では、基準圧と呼ぶ。）よりも大きいかどうかを判断する（ステップＳ４２０）。本実施例では、ΔＰを２００ｈＰａとして設定する。このΔＰの値は、燃料電池システム１５０の設計等に応じて適宜決定される。上述したように循環ポンプ２５０の逆駆動当初は、アノード系内流路Ｔ内の圧力は、大気圧よりかなり高い状態となっており、すなわち、パージ圧Ｐｒは、基準圧より大きい（ステップＳ４２０：ＹＥＳ）ので、バルブ制御部２１０は、パージ弁２４０を開弁する（ステップＳ４３０）。
【００７９】
そして、圧力検出部３００は、圧力センサ２７０からパージ圧値を取得し続け、バルブ制御部２１０は、圧力検出部３００が取得したパージ圧値が表わすパージ圧Ｐｒが基準圧より低くなるまで、パージ弁２４０の開弁を継続する。
【００８０】
以上のようにすれば、アノード系内流路Ｔ内に保たれた水素ガスと共に、アノード系内流路Ｔ内に保たれた不要ガス、すなわち、アノード系内流路Ｓおよびアノード系内流路Ｔに残留していた不要ガスをパージ弁２４０を介して外部へ排出することができる。また、以上のようにすれば、水素タンク２０から水素ガスを供給することなく、すなわち、水素ガスを無駄に消費することなく、アノード系内流路Ｓおよびアノード系内流路Ｔ内に残留する不要ガスをパージ弁２４０を介して外部へ排出することができる。
【００８１】
その後、バルブ制御部２１０は、パージ圧Ｐｒが基準圧より低くなったと判断すると（ステップＳ４２０：ＮＯ）、パージ弁２４０を閉弁する（ステップＳ４４０）。このようにすれば、パージ弁２４０周辺の圧力が大気圧よりも低くなることはないので、パージ弁２４０から外気がアノード系内流路Ｔ内に逆流してくるのを防止することができる。
【００８２】
そして、バルブ制御部２１０がアノードガス遮断弁２３０を開弁し、アノードガスを供給し、ポンプ制御部２２０が循環ポンプ２５０を順駆動し（ステップＳ４５０）、発電が開始される。
【００８３】
なお、この第６の不要ガス排出処理において、ステップＳ４４０の処理（図１０）後、第１ないし第３の実施例における第１ないし第３の不要ガス排出処理のいずれかを行うようにしてもよい。このようにすれば、アノード系内流路Ｓおよびアノード系内流路Ｔ内に残留する不要ガスを、パージ弁２４０を介してより精度高く外部に排出することができる。
【００８４】
Ｇ．変形例：
なお、本発明では、上記した実施の形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。
【００８５】
Ｇ１．変形例１：
上記第５の実施例における第５の不要ガス排出処理（図７）では、循環ポンプ２５０を逆駆動（ステップＳ２１０）してから、所定時間経過後に、パージ弁２４０を開弁するようにしているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、アノード系内流路Ｒに、アノード系内流路Ｒ内の圧力を測定することができる圧力センサ（図示せず）を設置し、循環ポンプ２５０を逆駆動後、設置した圧力センサが表わす圧力値が予め定められる閾値より高くなった場合に、パージ弁２４０を開弁するようにしてもよい。このようにしても、第５の実施例の効果を奏することができる。
【００８６】
Ｇ２．変形例２：
上記第６の実施例における第６の不要ガス排出処理（図１０）では、循環ポンプ２５０を逆駆動（ステップＳ４００）してから、圧力センサ２７０が示すパージ圧が基準圧より低くなると、パージ弁２４０を閉弁（ステップＳ４４０）するようにしているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、循環ポンプ２５０を逆駆動後、予め決められた時間経過後に、パージ弁２４０を閉弁するようにしてもよい。なお、この予め決められた時間は、循環ポンプ２５０を逆駆動した際の強さ（ガス送力）や、燃料電池１０のアノードの圧力損失の大きさや、アノード系内流路Ｔ内の体積などを計算して適宜設定すればよい。このようにしても、第６の実施例の効果を奏することができる。
【００８７】
Ｇ３．変形例３：
上記実施例において、燃料電池システムの停止時には、アノード系流路内にアノードガスやアノード排ガスが封入された状態となっているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、燃料電池システムの運転終了後、パージ弁２４０を開弁して、アノード系流路内を大気開放するようにしてもよい。このようにアノード系流路内が外気で満たされた場合においても、上記実施例における各燃料電池システムの起動時において、それぞれの不要ガス排出処理を行えば、外気を水素ガス（アノードガス）に置換することができる。
【００８８】
Ｇ４．変形例４：
上記実施例において、第１ないし第６の不要ガス排出処理において、循環ポンプ２５０を逆駆動させるようにしているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、ガス循環流路２８上に循環ポンプ２５０とは別のポンプ（図示せず、以下では、ポンプＺと呼ぶ。）を設けて、第１ないし第６の不要ガス排出処理において、循環ポンプ２５０を逆駆動させる代わりに、ポンプＺを逆駆動させるようにしてもよい。このポンプＺは、請求項におけるポンプに該当する。
【００８９】
Ｇ５．変形例５：
上記実施例において、バルブ制御部２１０、ポンプ制御部２２０、および圧力検出部３００は、制御プログラムによりソフトウェア的に実現してもよく、一部、又は、全てをハードウェア的に実現してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の第１の実施例としての燃料電池システム１００の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施例の燃料電池システム１００の起動時における第１の不要ガス排出処理を表わすフローチャートである。
【図３】第１の実施例における燃料電池システム１００のアノード系流路を拡大して示した図である。
【図４】第４の実施例における燃料電池システム１３０の構成を示すブロック図である。
【図５】第４の実施例の燃料電池システム１３０の起動時における第４の不要ガス排出処理を表わすフローチャートである。
【図６】第４の実施例における燃料電池システム１３０のアノード系流路を拡大して示した図である。
【図７】第５の実施例の燃料電池システム１４０の起動時における第５の不要ガス排出処理を表わすフローチャートである。
【図８】第５の実施例における燃料電池システム１４０のアノード系流路を拡大して示した図である。
【図９】第６の実施例における燃料電池システム１５０の構成を示すブロック図である。
【図１０】第６の実施例の燃料電池システム１５０の起動時における第６の不要ガス排出処理を表わすフローチャートである。
【図１１】第６の実施例における燃料電池システム１５０のアノード系流路を拡大して示した図である。
【符号の説明】
【００９１】
１０...燃料電池
２０...水素タンク
２２...レギュレータ
２４...アノードガス供給流路
２６...アノード排ガス流路
２８...ガス循環流路
３０...ブロワ
３４...カソードガス供給流路
３６...カソード排ガス流路
６０...加湿器
１１０〜１５０...燃料電池システム
２００...制御部
２１０...バルブ制御部
２２０...ポンプ制御部
２３０...アノードガス遮断弁
２４０...パージ弁
２５０...循環ポンプ
２６０...アノード排ガス流路遮断弁
２７０...圧力センサ
３００...圧力検出部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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