(57)【要約】【課題】燃料電池セルの劣化を抑制可能な技術を提供する。【解決手段】燃料電池システムは、水素ガスが流通する水素流路と、水素流路入口と、水素流路出口とを有する複数のセルを有する燃料電池と、燃料電池から電力の供給を受ける主の負荷と、燃料電池に供給される水素ガスが循環し、水素流路入口と水素流路出口とに接続する循環流路と、循環流路に設けられ水素ガスの送出方向を反転可能な水素ポンプと、水素ポンプを制御する制御部と、を備え、制御部は、主の負荷への電力供給が停止されてから、次に主の負荷への電力供給が開始されるまでの間に、発電時に必要な最低限の水素流量より大きい水素流量で水素ポンプを正回転させ予め定められた水素量の水素ガスを水素流路入口を通じて燃料電池に送出し、その後、水素ポンプを逆回転させ予め定められた水素量未満の水素ガスを水素流路出口を通じて燃料電池に送出する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
水素ガスが流通する水素流路と、前記水素流路に前記水素ガスが流入する水素流路入口と、前記水素流路から前記水素ガスが流出する水素流路出口とを有する複数のセルを有する燃料電池と、
前記燃料電池から電力の供給を受ける主の負荷と、
前記燃料電池に供給される前記水素ガスが循環し、前記水素流路入口と前記水素流路出口とに接続する循環流路と、
前記循環流路に設けられ前記水素ガスの送出方向を反転可能な水素ポンプと、
前記水素ポンプを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記燃料電池からの前記主の負荷への電力供給が停止されてから、次に前記主の負荷への電力供給が開始されるまでの間に、発電時に必要な最低限の水素流量より大きい水素流量で前記水素ポンプを正回転させ予め定められた水素量の前記水素ガスを前記水素流路入口を通じて前記燃料電池に送出し、その後、前記水素ポンプを逆回転させ前記予め定められた水素量未満の前記水素ガスを前記水素流路出口を通じて前記燃料電池に送出する、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、
前記水素流路入口および前記水素流路出口の少なくとも一方は、直線状の流路が一定間隔で並列して配列されることにより構成されている、燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記水素ポンプの正回転における水素流量は、該燃料電池システムにおいて発電時に必要な最低限の水素流量を１とした場合、１．５〜３．０の比率である、燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記水素ポンプの逆回転における水素流量は、前記水素ポンプの正回転における水素流量よりも大きい、燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記水素ポンプを正回転させるよりも短い時間前記水素ポンプを逆回転させる、燃料電池システム。
【請求項６】
燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池システムが、
水素ガスが流通する水素流路と、前記水素流路に前記水素ガスが流入する水素流路入口と、前記水素流路から前記水素ガスが流出する水素流路出口とを有する複数のセルを有する燃料電池と、
前記燃料電池から電力の供給を受ける主の負荷と、
前記燃料電池に供給される前記水素ガスが循環し、前記水素流路入口と前記水素流路出口とに接続する循環流路と、
前記循環流路に設けられ前記水素ガスの送出方向を反転可能な水素ポンプと、
前記水素ポンプを制御する制御部と、を備え、
前記制御部が、前記燃料電池からの前記主の負荷への電力供給が停止されてから、次に前記主の負荷への電力供給が開始されるまでの間に、発電時に必要な最低限の水素流量より大きい水素流量で前記水素ポンプを正回転させ予め定められた水素量の前記水素ガスを前記水素流路入口を通じて前記燃料電池に送出し、その後、前記水素ポンプを逆回転させ前記予め定められた水素量未満の前記水素ガスを前記水素流路出口を通じて前記燃料電池に送出する、制御方法。
【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その制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムとして、膜電極接合体をセパレータで挟持した燃料電池セルを複数積層した燃料電池スタックを有する物が知られている。例えば特許文献１に記載された技術では、セルの水素流路出口に水が溜まることを抑制するため、発電を停止する際に、水素を循環させるためのポンプを発電時と逆方向に駆動させて水素流路出口に詰まった水の除去を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２８２８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
水素ポンプを逆方向に駆動させると、セルの水素流路入口が水により閉塞するおそれがある。水素流路入口を閉塞した水が凍った場合、水素ガスが導入されないため、水素不足が発生し燃料電池セルが劣化するおそれがある。そのため、燃料電池セルの水素流路入口と水素流路出口とが水によって閉塞することを抑制可能な技術が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、水素ガスが流通する水素流路と、前記水素流路に前記水素ガスが流入する水素流路入口と、前記水素流路から前記水素ガスが流出する水素流路出口とを有する複数のセルを有する燃料電池と；前記燃料電池から電力の供給を受ける主の負荷と；前記燃料電池に供給される前記水素ガスが循環し、前記水素流路入口と前記水素流路出口とに接続する循環流路と；前記循環流路に設けられ前記水素ガスの送出方向を反転可能な水素ポンプと；前記水素ポンプを制御する制御部と、を備え；前記制御部は、前記燃料電池からの前記主の負荷への電力供給が停止されてから、次に前記主の負荷への電力供給が開始されるまでの間に、発電時に必要な最低限の水素流量より大きい水素流量で前記水素ポンプを正回転させ予め定められた水素量の前記水素ガスを前記水素流路入口を通じて前記燃料電池に送出し、その後、前記水素ポンプを逆回転させ前記予め定められた水素量未満の前記水素ガスを前記水素流路出口を通じて前記燃料電池に送出する。この形態の燃料電池システムによれば、制御部は、水素ポンプの正回転によって水素ガスを燃料電池に送出した後、水素ポンプの逆回転によって水素ガスを燃料電池に送出するので、セル内の水をセルの中央部に移動することができ、セルの水素流路入口と水素流路出口とが水によって閉塞することを抑制できる。
【０００７】
（２）上記形態の燃料電池システムであって、前記水素流路入口および前記水素流路出口の少なくとも一方は、直線状の流路が一定間隔で並列して配列されることにより構成されてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、一定間隔で配列された直線状の流路が閉塞することを抑制できる。
【０００８】
（３）上記形態の燃料電池システムであって、前記水素ポンプの正回転における水素流量は、該燃料電池システムにおいて発電時に必要な最低限の水素流量を１とした場合、１．５〜３．０の比率でもよい。この形態の燃料電池システムによれば、処理時間を短縮させることができる。
【０００９】
（４）上記形態の燃料電池システムであって、前記水素ポンプの逆回転における水素流量は、前記水素ポンプの正回転における水素流量よりも大きくてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、処理時間を短縮させることができる。
【００１０】
（５）上記形態の燃料電池システムであって、前記制御部は、前記水素ポンプを正回転させるよりも短い時間前記水素ポンプを逆回転させてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、処理時間を短縮させることができる。
【００１１】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムを備える定置型の発電装置、燃料電池システムを備える車両、燃料電池システムの制御方法等の態様で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】燃料電池システムの概略構成を示す概略図である。
【図２】セルの平面図である。
【図３】アノード掃気処理の概要を表わすフローチャートである。
【図４】水素ポンプの駆動によるセル内の水量の変化を示したグラフである。
【図５】アノード掃気処理におけるステップＳ１１０を行った場合のセルの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
Ａ．実施形態：
図１は、本発明の一実施形態における燃料電池システム１００の概略構成を示す概略図である。燃料電池システム１００は、燃料電池１０と、制御部２０と、酸化ガス流路系３０と、燃料ガス流路系５０と、を備える。また、燃料電池システム１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ９０と、バッテリ９２と、負荷９３と、を備える。本実施形態の燃料電池システム１００は、例えば、燃料電池車両に搭載される。
【００１４】
燃料電池１０は、反応ガスとして水素ガスと空気（酸化ガス）との供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池１０は、複数のセル１１が積層されたスタック構造を有する。各セル１１は、電解質膜（図示せず）の両面に電極を配置した膜電極接合体（図示せず）と、膜電極接合体を挟持する１組のセパレータとを有する。燃料電池１０によって発電された電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ９０を介してバッテリ９２に蓄電される。
【００１５】
バッテリ９２には、種々の負荷９３が接続されている。燃料電池１０およびバッテリ９２は、車輪（図示せず）を駆動するためのトラクションモータ（図示せず）や、後述するエアコンプレッサ３２、水素ポンプ６４、各種弁に、電力が供給可能である。なお、トラクションモータが、本願の「主の負荷」に相当する。エアコンプレッサ３２や水素ポンプ６４、各種弁等は、燃料電池１０を動作させるための補機であり、主の負荷９３には該当しない。
【００１６】
酸化ガス流路系３０は、酸化ガス配管３１と、エアコンプレッサ３２と、第１開閉弁３３と、カソードオフガス配管４１と、第１レギュレータ４２と、を備える。酸化ガス流路系３０には、燃料電池１０内のカソード側の流路が含まれる。
【００１７】
エアコンプレッサ３２は、酸化ガス配管３１を介して燃料電池１０と接続されている。エアコンプレッサ３２は、制御部２０からの制御信号に応じて、外部から取り入れた空気を圧縮し、酸化ガスとして燃料電池１０に供給する。
【００１８】
第１開閉弁３３は、エアコンプレッサ３２と燃料電池１０との間に設けられており、酸化ガス配管３１における供給空気の流れに応じて開閉する。具体的には、第１開閉弁３３は、通常、閉じた状態であり、エアコンプレッサ３２から所定の圧力を有する空気が酸化ガス配管３１に供給されたときに開く。
【００１９】
カソードオフガス配管４１は、燃料電池１０のカソードから排出されたカソードオフガスを燃料電池システム１００の外部へと排出する。第１レギュレータ４２は、制御部２０からの制御信号に応じて、カソードオフガス配管４１におけるカソードオフガスの圧力（燃料電池１０のカソード側の背圧）を調整する。
【００２０】
燃料ガス流路系５０は、燃料ガス配管５１と、水素タンク５２と、第２開閉弁５３と、第２レギュレータ５４と、インジェクタ５５と、排気排水弁６０と、アノードオフガス配管６１と、循環配管６３と、水素ポンプ６４と、気液分離器７０と、を備える。燃料ガス流路系５０には、燃料電池１０内のアノード側の流路が含まれる。以下では、燃料ガス配管５１のインジェクタ５５よりも下流側と、燃料電池１０内のアノード側の流路と、アノードオフガス配管６１と、循環配管６３と、気液分離器７０と、で構成される流路のことを、循環流路６５ともいう。循環流路６５は、燃料電池１０のアノードオフガスを燃料電池１０に循環させるための流路である。
【００２１】
水素タンク５２は、燃料ガス配管５１を介して燃料電池１０のアノードと接続されており、内部に充填されている水素を燃料電池１０に供給する。第２開閉弁５３、第２レギュレータ５４、インジェクタ５５は、燃料ガス配管５１に、この順序で上流側、つまり水素タンク５２に近い側、から設けられている。
【００２２】
第２開閉弁５３は、制御部２０からの制御信号に応じて開閉し、水素タンク５２からインジェクタ５５の上流側への水素の流入を制御する。燃料電池システム１００の停止時には第２開閉弁５３は閉じられる。第２レギュレータ５４は、制御部２０からの制御信号に応じて、インジェクタ５５の上流側における水素の圧力を調整する。インジェクタ５５は、制御部２０によって設定された駆動周期や開弁時間に応じて、弁体が電磁的に駆動する電磁駆動式の開閉弁である。制御部２０は、インジェクタ５５の駆動周期や開弁時間を制御することによって、燃料電池１０に供給される水素の量を制御する。
【００２３】
アノードオフガス配管６１は、燃料電池１０のアノードの出口と気液分離器７０とを接続する配管である。アノードオフガス配管６１は、発電反応に用いられることのなかった水素ガスや窒素ガスなどを含むアノードオフガスを気液分離器７０へと誘導する。
【００２４】
気液分離器７０は、循環流路６５のアノードオフガス配管６１と循環配管６３との間に接続されている。気液分離器７０は、循環流路６５内のアノードオフガスから不純物としての水を分離して貯水する。
【００２５】
循環配管６３は、燃料ガス配管５１のインジェクタ５５より下流に接続されている。循環配管６３には、制御部２０からの制御信号に応じて駆動される水素ポンプ６４が設けられている。気液分離器７０によって水が分離されたアノードオフガスが、水素ポンプ６４によって、燃料ガス配管５１へと送り出される。水素ポンプ６４は、駆動軸の回転方向に応じてガスの送出方向を反転可能なポンプである。水素ポンプ６４としては、例えば、ルーツポンプなどの回転式ポンプを用いることができる。
本実施形態において、水素ポンプ６４がアノードオフガスを燃料ガス配管５１へ送り出す回転方向への回転を「正回転」と呼び、正回転とは逆の方向への回転を「逆回転」と呼ぶ。
【００２６】
この燃料電池システム１００では、水素を含むアノードオフガスを循環させて、再び燃料電池１０に供給することにより、水素の利用効率を向上させている。なお、以下では、水素タンク５２から供給される水素ガスだけでなく、水が分離された水素を含むアノードオフガスも「水素ガス」という。
【００２７】
排気排水弁６０は、気液分離器７０の下部に設けられている。排気排水弁６０は、気液分離器７０に貯水された水の排水と、気液分離器７０内のアノードオフガスの排気と、を行う。燃料電池システム１００の運転中は、通常、排気排水弁６０は閉じられており、制御部２０からの制御信号に応じて開閉する。本実施形態では、排気排水弁６０は、カソードオフガス配管４１に接続されており、排気排水弁６０によって排出された水およびアノードオフガスは、カソードオフガス配管４１を通じて外部へ排出される。
【００２８】
本実施形態において、制御部２０は、燃料電池システム１００の発電停止時に、水素ポンプ６４を正回転させ予め定められた水素量の水素ガスを燃料電池１０に送出し、その後、水素ポンプ６４を逆回転させ予め定められた水素量未満の水素ガスを燃料電池１０に送出する。なお、本実施形態において、「発電停止」とは、主の負荷への電力供給を停止している状態、換言すると、車両が走行を停止している状態である。
【００２９】
制御部２０は、ＣＰＵとメモリと、上述した各部品が接続されるインタフェース回路とを備えたコンピュータとして構成されている。ＣＰＵは、メモリに記憶された制御プログラムを実行することにより、燃料電池システム１００による発電の制御を行うと共に、水素ポンプ６４を制御して燃料電池システム１００の発電停止中に後述するアノード掃気処理を実行する。
【００３０】
図２は、本実施形態におけるセル１１の平面図である。セル１１は、マニホールド１２ａ、マニホールド１２ｂと、水素流路１３と、水素流路１３に水素ガスが流入する水素流路入口１３ａと、水素流路１３から水素ガスが流出する水素流路出口１３ｂを備える。マニホールド１２ａ、マニホールド１２ｂは、セル１１の周縁に形成されている。セル１１は、水素流路１３を通じて反応ガス（水素ガス）をマニホールド１２ａから膜電極接合体１４に流通させ、マニホールド１２ｂから排出させる。水素ガスは、マニホールド１２ａから水素流路入口１３ａに流入し、水素流路１３を通じて水素流路出口１３ｂからマニホールド１２ｂへ排出する。水素流路入口１３ａおよび水素流路出口１３ｂは、水素ガス中の水が集中する部分であるため、閉塞しやすい。水素流路入口１３ａおよび水素流路出口１３ｂは、マニホールド１２ａ、マニホールド１２ｂを介して循環流路６５に接続している。
【００３１】
本実施形態において、マニホールド１２ａおよびマニホールド１２ｂの周縁は櫛歯形状の構造である。具体的には、マニホールド１２ａおよびマニホールド１２ｂの周縁に直線状の流路１５が一定間隔で並列して配列されることにより、水素流路入口１３ａおよび水素流路出口１３ｂが構成されている。このような櫛歯形状によると、セル１１内への反応ガス導入時における圧損がばらつくことを抑制出来る。
【００３２】
図３は、燃料ガス流路系５０から不要な水を排出するためのアノード掃気処理の概要を表わすフローチャートである。このアノード掃気処理は、燃料電池システム１００の発電停止中、より具体的には、燃料電池１０からの主の負荷への電力供給が停止されてから、次に主の負荷への電力供給が開始されるまでの間に実行される処理である。本実施形態では、このアノード掃気処理は、燃料電池システム１００の発電停止直後に制御部２０により実行される。例えば、燃料電池車両のスタートスイッチがオフにされると燃料電池システム１００の発電が停止される。制御部２０は、燃料電池車両のスタートスイッチの監視を行い、オフにされたと判断した場合に、アノード掃気処理を開始する。
【００３３】
本実施形態のアノード掃気処理では、まず、制御部２０が、第２開閉弁５３、インジェクタ５５および排気排水弁６０を閉じた後に、水素ポンプ６４を正回転で駆動させて、セル１１に循環流路６５内の水素ガスを送出する（ステップＳ１００）。
【００３４】
図４は、水素ポンプ６４の駆動によるセル１１内の水量の変化を示したグラフである。このグラフの縦軸はセル１１内の水量を示し、横軸は時間を示している。制御部２０は、水素ポンプ６４をセル１１内の水量が水量Ｗ０となるような水素流量Ｑ１（Ｌ／ｍｉｎ）で時間ｔ１（ｓｅｃ）正回転させて水素流路入口１３ａを通じてセル１１内に水素ガスを送出する。すると、図４に示すように、セル１１内の水量が徐々に低下する。
【００３５】
セル１１内の水量Ｗ０は、後述する水素ポンプ６４の逆回転の駆動において水素流路入口１３ａをふさがない水量を、予め実験的に求めることで定めることができる。水素流量Ｑ１と時間ｔ１とを掛け合わせた値は、本願の「水素量」に相当する。
【００３６】
水素流量Ｑ１は、燃料電池システム１００において発電時に必要な最低限の水素流量を１とした場合、処理時間を短縮させるため、１を超える比率であることが好ましい。この比率のことを「ストイキ比」という。水素流量Ｑ１のストイキ比は、１．５以上であることが好ましく、２．０以上であることがより好ましい。また、セル１１内が過度に乾燥することを抑制するため、水素流量Ｑ１のストイキ比は、３．０以下であることが好ましく、２．５以下であることがより好ましい。なお、本実施形態における水素流量Ｑ１のストイキ比は２．２５であり、時間ｔ１は６０秒である。
【００３７】
次に、制御部２０は、水素ポンプ６４を停止した後、逆回転で駆動させて、水素流路出口１３ｂを通じてセル１１にステップＳ１００における水素量未満の水素ガスを送出する（ステップＳ１１０）。より具体的には、制御部２０は、水素ポンプ６４を水素流量Ｑ２で時間ｔ２逆回転させてセル１１内に水素ガスを送出する。水素流量Ｑ２は、水素流路出口１３ｂを閉塞させている水を水素流路１３の中央部に勢いよく移動させるため、水素流量Ｑ１より大きいことが好ましい。本実施形態では、時間ｔ２は、ステップＳ１００における水素量（水素流量Ｑ１×時間ｔ１）未満の水素量にするために時間ｔ１より小さい。本実施形態おける水素流量Ｑ２のストイキ比は２．５であり、時間ｔ２は１０秒である。なお、時間ｔ２は、次の数式（１）で表される値よりも大きいことがより好ましい。
【００３８】
（Ｌ／Ｖ）＋α…（１）
ここで、Ｌは、水素流路出口１３ｂの長さ（図２参照）であり、Ｖは、水素ガスの流速である。αは、実験や実測に基づく補正値である。
【００３９】
ステップＳ１１０の処理が終了すると、制御部２０は排気排水弁６０を一定期間開き、気液分離器７０から水を排出させる。以上の処理により、このアノード掃気処理は終了する。
【００４０】
図５は、上述したアノード掃気処理におけるステップＳ１１０を行った場合のセル１１の説明図である。ステップＳ１００によって、水素流路出口１３ｂ側に移動したセル１１内の水ｗは、ステップＳ１１０によりセル１１の中央部に移動される。
【００４１】
以上で説明した本実施形態の燃料電池システム１００によれば、制御部２０は、水素ポンプ６４の正回転によって水素ガスを燃料電池１０（セル１１）に送出した後、水素ポンプ６４の逆回転によって水素ガスを燃料電池１０に送出するので、セル１１内の水ｗをセル１１の中央部に移動させることができる。そのため、掃気完了後にセル１１の水素流路入口１３ａと水素流路出口１３ｂとが両方とも閉塞することを抑制できる。特に、本実施形態では、水素ポンプ６４の逆回転によって燃料電池１０に送出する水素量を水素ポンプ６４の正回転によって燃料電池１０に送出する水素量未満としているため、水ｗが水素流路入口１３ａまで移動することをより確実に抑制出来る。そのため、セル１１の水素流路入口１３ａと水素流路出口１３ｂとが水ｗによって閉塞することをより効果的に抑制できる。
【００４２】
また、本実施形態では、水素流路入口１３ａと水素流路出口１３ｂとが水ｗによって閉塞することを抑制できるため、燃料電池システム１００の発電再開時に、セル１１の閉塞による凍結対策のための水素加圧処理を行う必要がなくなる。この結果、燃料電池システム１００の起動時間の短縮や燃料電池システム１００の発電停止中の排水処理時間の短縮、排気排水弁６０等の凍結回避が可能となり、燃費も向上する。
【００４３】
また、本実施形態では、水素流路入口１３ａと水素流路出口１３ｂとが水ｗによって閉塞することを抑制できるため、水素流路入口１３ａと水素流路出口１３ｂとが凍結することを抑制できる。この結果、次回の発電開始直後にセル１１に水素不足が発生することを回避でき、セル１１が劣化することを抑制できる。
【００４４】
また、本実施形態では、制御部２０は、ストイキ比２．２５の水素流量Ｑ１で、６０秒間、水素ポンプ６４を正回転させ、ストイキ比２．５の水素流量Ｑ２で、１０秒間、水素ポンプ６４を逆回転させる。つまり、制御部２０は、燃料電池システム１００の発電時に必要な最低限の水素流量よりも多い水素流量で水素ポンプ６４を正回転および逆回転させる。そのため、アノード掃気処理の処理時間を短縮させることができる。また、制御部２０は、水素ポンプ６４を正回転させるよりも大きい水素流量で短い時間、水素ポンプ６４を逆回転させるので、アノード掃気処理の処理時間をより短縮させることができる。
【００４５】
また、制御部２０は、水素ポンプ６４の回転方向を切替える際に、水素ポンプ６４を一旦停止する必要があるところ、本実施形態では、発電中に正回転していた水素ポンプ６４のストイキ比を上げてさらに正回転させた後、水素ポンプ６４を逆回転させている。そのため、本実施形態によれば、正回転している水素ポンプ６４を逆回転させてから正回転させるよりも、水素ポンプ６４を停止させる回数を少なくすることができる。従って、効率よくアノード掃気処理を行う事ができる。
【００４６】
Ｂ．変形例：
＜第１変形例＞
上記実施形態において、制御部２０は、水素ポンプ６４の正回転によるセル１１への水素ガスの送出および水素ポンプ６４の逆回転によるセル１１への水素ガスの送出を、一定の水素流量で予め定められた時間行っている。これに対して、制御部２０は、段階的に水素ポンプ６４の正回転によるセル１１への水素ガスの送出および水素ポンプ６４の逆回転によるセル１１への水素ガスの送出を行ってもよい。例えば、水素ポンプ６４の正回転によるセル１１への水素ガスの送出において、制御部２０は、水素ポンプ６４を水素流量Ｑ１ａで時間ｔ１ａ正回転させてセル１１内に水素ガスを送出した後に、水素流量Ｑ１ｂで時間ｔ１ｂ正回転させてセル１１内に水素ガスを送出してもよい。
【００４７】
＜第２変形例＞
上記実施形態において、制御部２０は、燃料電池システム１００の発電停止時において、上述したアノード掃気処理を１回行っている。これに対して、制御部２０は、燃料電池システム１００の発電停止後に上述したアノード掃気処理を複数回行ってもよい。
【００４８】
＜第３変形例＞
上記実施形態において、制御部２０は、燃料電池システム１００の発電停止直後にアノード掃気処理を行っている。これに対して、制御部２０は、燃料電池システム１００の発電停止から予め定めた時間経過してからアノード掃気処理を行ってもよい。この場合、例えば、制御部２０は、燃料電池システム１００の外気温や燃料電池システム１００内の冷媒の温度の監視を行い、これらの情報に基づき、水の凍結の可能性があると判断した場合に上述したアノード掃気処理を実行する。より具体的には、例えば、制御部２０は、まず、外気温が予め定められた温度以下かどうかを判断する。次に、制御部２０は、外気温が予め定められた温度以下だった場合に、燃料電池システム１００内の冷媒の温度が予め定められた温度以下かどうかを判断する。制御部２０は、冷媒の温度が予め定められた温度以下だった場合に、アノード掃気処理を実行する。なお、制御部２０は、外気温と冷媒の温度のいずれか一方が予め定められた温度以下だった場合に、アノード掃気処理を実行してもよい。
【００４９】
＜第４変形例＞
上記実施形態において、燃料電池システム１００は燃料電池車両に搭載されている。これに対して、燃料電池システム１００は、定置型の発電装置等に組み込まれていてもよい。この場合、主の負荷は、例えば、一般住宅や工場に設けられる空調機器や工作機械等の電気機器、電気設備である。
【００５０】
＜第５変形例＞
上記実施形態において、水素流路入口１３ａおよび水素流路出口１３ｂは、櫛歯形状の構造である。これに対して、水素流路入口１３ａおよび水素流路出口１３ｂの一方のみが櫛歯形状の構造でもよい。また、水素流路入口１３ａおよび水素流路出口１３ｂは、櫛歯状に限らず、空間内にドット状や円状の凸部が立設されることによって構成されていてもよい。
【００５１】
本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述した課題を解決するために、あるいは上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜削除することが可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１０…燃料電池
１１…セル
１２ａ、１２ｂ…マニホールド
１３…水素流路
１３ａ…水素流路入口
１３ｂ…水素流路出口
１４…膜電極接合体
１５…流路
２０…制御部
３０…酸化ガス流路系
３１…酸化ガス配管
３２…エアコンプレッサ
３３…第１開閉弁
４１…カソードオフガス配管
４２…第１レギュレータ
５０…燃料ガス流路系
５１…燃料ガス配管
５２…水素タンク
５３…第２開閉弁
５４…第２レギュレータ
５５…インジェクタ
６０…排気排水弁
６１…アノードオフガス配管
６３…循環配管
６４…水素ポンプ
６５…循環流路
７０…気液分離器
９０…ＤＣ／ＤＣコンバータ
９２…バッテリ
９３…負荷
１００…燃料電池システム
ｗ…水
【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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