(57)【要約】      （修正有）【課題】パージ機能と排水機能とを備えるアノードオフガス排出弁の凍結を適切に予防し得る燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システム１００は、水素ガスおよび酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池１と、燃料電池のアノードに供給する水素ガスが流れる水素ガス供給経路２と、燃料電池のアノードから排出されたアノードオフガスを外部に排出するためのアノードオフガス排出経路３と、アノードオフガス排出経路３に設けられたアノードオフガス排出弁４と、水素ガス供給経路２、燃料電池１のアノード、アノードオフガス排出経路３およびアノードオフガス排出弁４のいずれかの温度が所定温度以下になると、アノードオフガス排出弁４を開放させる制御器８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】
水素ガスおよび酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記燃料電池のアノードに供給する水素ガスが流れる水素ガス供給経路と、
前記燃料電池のアノードから排出されたアノードオフガスを外部に排出するためのアノードオフガス排出経路と、
前記アノードオフガス排出経路に設けられたアノードオフガス排出弁と、
前記水素ガス供給経路、前記燃料電池のアノード、前記アノードオフガス排出経路および前記アノードオフガス排出弁のいずれかの温度が所定温度以下になると、前記アノードオフガス排出弁を開放させる制御器と、
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
前記アノードオフガス排出弁から上方へ延伸する前記アノードオフガス排出経路に設けられた気液分離槽を備える請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記アノードオフガスを前記アノードオフガス排出経路から前記水素ガス供給経路に送るためのアノードオフガス循環経路と、前記アノードオフガス循環経路に設けられ、前記アノードオフガスを循環させるアノードオフガス循環器と、を備え、
前記制御器は、前記水素ガス供給経路、前記燃料電池のアノード、前記アノードオフガス排出経路、前記アノードオフガス排出弁および前記アノードオフガス循環経路のいずれかの温度が所定温度以下になると、前記アノードオフガス循環器を動作させるとともに、前記アノードオフガス排出弁を開放させる請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記アノードオフガスを前記アノードオフガス排出経路から前記水素ガス供給経路に送るためのアノードオフガス循環経路と、前記アノードオフガス循環経路に設けられ、前記アノードオフガスを循環させるアノードオフガス循環器と、前記燃料電池に供給する冷却水が流れる冷却水経路と、前記冷却水経路に設けられ、前記燃料電池に前記冷却水を供給する冷却水供給器と、前記冷却水経路および前記水素ガス供給経路に設けられ、前記冷却水を用いて前記水素ガスを加湿する加湿器と、を備え、
前記制御器は、前記冷却水経路の温度が所定温度以下になると、前記冷却水供給器および前記アノードオフガス循環器を動作させるとともに、前記アノードオフガス排出弁を開放させる請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御器は、前記水素ガス供給経路、前記燃料電池のアノード、前記アノードオフガス排出経路、前記アノードオフガス排出弁および前記アノードオフガス循環経路のいずれかの温度が所定温度以下になると、前記アノードオフガス循環器を動作させるとともに、前記オフガス排出弁を開放させる請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記水素ガス供給経路に設けられた水素ガス供給弁を備え、
前記制御器は、前記アノードオフガス排出弁を開放させる動作において、前記水素ガス供給弁を開放させる請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池システムの筐体内に設けられた温度検知器を備え、
前記制御部は、前記温度検知器の検知温度が前記所定温度以下であるとき、前記アノードオフガス排出弁を開放させる請求項１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】
本開示は燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子形燃料電池は、水素と酸素とが電気化学反応することで発電する。かかる燃料電池システムでは、水素供給量を削減することで燃料電池の発電効率を向上させるための様々な方式が提案されている。
【０００３】
例えば、デッドエンド方式の燃料電池システムでは、燃料電池のアノード出口が封止され、燃料電池の発電に必要な水素量だけを供給することにより、水素供給量が削減されている。また、リサイクル方式の燃料電池システムは、燃料電池のアノードに供給された水素ガスのうち、燃料電池の発電に使用されなかったアノードオフガスを、燃料電池のアノードに戻すことで再利用（リサイクル）するように構成されている。
【０００４】
しかし、以上の燃料電池システムは、燃料電池のアノード出口から延伸する経路が閉回路構造となるので、例えば、燃料電池のカソードを流れる酸化剤ガス中の窒素ガスが、燃料電池の電解質膜を介して、燃料電池のアノードを流れる水素ガスに混入する場合がある。すると、水素ガス中の水素濃度が低下するので、燃料電池の発電が不安定になる。
【０００５】
そこで、水素ガス中の水素濃度を回復させるために、燃料電池のアノード出口から延伸する経路と連通するパージ弁が設けられ、燃料電池システムの運転中の適時に、上記の経路からガスを外部に排気する方法が取られる。
【０００６】
しかし、例えば、燃料電池の発電停止後に、燃料電池システムが、低温環境に置かれた場合は、パージ弁が凍結する場合がある。この場合、次回の燃料電池システムの運転において、パージ弁が正常に開閉しない可能性がある。
【０００７】
そこで、特許文献１では、パージ弁と排水弁とを備える燃料電池システムが提案されている。具体的には、燃料電池の発電停止後における水素ガス経路およびアノードオフガス経路のパージ動作で、パージ弁が閉じられ、排水弁が開放される。すると、アノードオフガス経路に導入されたガスとともに、アノードオフガス経路とパージ弁との間の経路内の水分が排水弁から外部に排出される。これにより、パージ弁に水分が溜まらない状態が保たれ、低温環境におけるパージ弁の凍結を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−２４４７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、従来例は、燃料電池システムのパージ機能と排水機能とを一つのアノードオフガス排出弁が担うような装置の凍結予防については検討されていない。
【００１０】
本開示の一態様（aspect）は、このような事情に鑑みてなされたものであり、パージ機能と排水機能とを備えるアノードオフガス排出弁の凍結を適切に予防し得る燃料電池システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本開示の一態様の燃料電池システムは、水素ガスおよび酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池のアノードに供給する水素ガスが流れる水素ガス供給経路と、前記燃料電池のアノードから排出されたアノードオフガスを外部に排出するためのアノードオフガス排出経路と、前記アノードオフガス排出経路に設けられたアノードオフガス排出弁と、前記水素ガス供給経路、前記燃料電池のアノード、前記アノードオフガス排出経路および前記アノードオフガス排出弁のいずれかの温度が所定温度以下になると、前記アノードオフガス排出弁を開放させる制御器と、を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本開示の一態様の燃料電池システムは、パージ機能と排水機能とを備えるアノードオフガス排出弁の凍結を適切に予防し得るという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、第１実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
【図２】図２は、第１実施形態の燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。
【図３】図３は、第１実施形態の変形例の燃料電池システムの一例を示す図である。
【図４】図４は、第２実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
【図５】図５は、第２実施形態の燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。
【図６】図６は、第３実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
【図７】図７は、第３実施形態の燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
燃料電池システムのパージ機能と排水機能とを一つのアノードオフガス排出弁が担うような装置の凍結予防について鋭意検討が行われ、以下の知見が得られた。
【００１５】
特許文献１では、パージ弁と排水弁とがそれぞれ必要となるので、燃料電池システムの簡易化および低コスト化を図るのに、未だ改善の余地がある。つまり、特許文献１の燃料電池システムは、パージ弁と排水弁とをそれぞれ個別に備えるが、発明者らは、燃料電池システムのパージ機能と排水機能とを一つのアノードオフガス排出弁が担うように装置を構成することが可能であることを見出した。そして、燃料電池システムのパージ機能と排水機能とを一つのアノードオフガス排出弁が担う装置の凍結予防の場合、特許文献１に記載された発明の参酌では対応できない。
【００１６】
そこで、本開示の第１の態様の燃料電池システムは、このような知見に基づいて案出できたものであり、水素ガスおよび酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、燃料電池のアノードに供給する水素ガスが流れる水素ガス供給経路と、燃料電池のアノードから排出されたアノードオフガスを外部に排出するためのアノードオフガス排出経路と、アノードオフガス排出経路に設けられたアノードオフガス排出弁と、水素ガス供給経路、燃料電池のアノード、アノードオフガス排出経路およびアノードオフガス排出弁のいずれかの温度が所定温度以下になると、アノードオフガス排出弁を開放させる制御器と、を備える。
【００１７】
かかる構成によると、本態様の燃料電池システムは、パージ機能と排水機能とを備えるアノードオフガス排出弁の凍結を適切に予防し得る。つまり、アノードオフガス排出弁を開放させる凍結予防動作のタイミングは、水素ガス供給経路、燃料電池のアノード、アノードオフガス排出経路およびアノードオフガス排出弁のいずれかの温度に基づいて決定される。すると、上記のいずれかの温度が所定温度以下となった場合、例えば、アノードオフガス排出弁およびこれに連通する経路に存在する凝縮水が、凝固し始める前に適切に排水される。よって、アノードオフガス排出弁の凍結が適切に予防され、ひいては、次回の燃料電池システムの運転において、アノードオフガス排出弁が正常に開閉しない可能性を低減できる。また、上記のいずれかの温度が所定温度以下となった場合、例えば、水素ガス供給経路、燃料電池のアノードおよびアノードオフガス排出経路などに存在する凝縮水が、凝固し始める前に適切に排水される。よって、凝縮水凍結による体積膨張で水素ガス供給経路、燃料電池のアノード、アノードオフガス排出経路などの凍結破損が起きる可能性も低減できる。
【００１８】
本開示の第２の態様の燃料電池システムは、第１の態様の燃料電池システムにおいて、アノードオフガス排出弁から上方へ延伸するアノードオフガス排出経路に設けられた気液分離槽を備えてもよい。
【００１９】
かかる構成によると、水素ガス供給経路内、燃料電池のアノード内、アノードオフガス排出経路内などで発生した凝縮水を、気液分離槽に集めることができるので、これらの内部は、凝縮水が存在せずに気体が充満した状態になりやすい。よって、仮に上記の内部に凝縮水が存在する場合、凝縮水凍結による体積膨張で水素ガス供給経路、燃料電池のアノード、アノードオフガス排出経路などの凍結破損が起きる可能性があるが、本態様の燃料電池システムは、上記の構成により、このような可能性を低減できる。
【００２０】
本開示の第３の態様の燃料電池システムは、第１の態様または第２の態様の燃料電池システムにおいて、アノードオフガスをアノードオフガス排出経路から水素ガス供給経路に送るためのアノードオフガス循環経路と、アノードオフガス循環経路に設けられ、アノードオフガスを循環させるアノードオフガス循環器と、を備え、制御器は、水素ガス供給経路、燃料電池のアノード、アノードオフガス排出経路、アノードオフガス排出弁およびアノードオフガス循環経路のいずれかの温度が所定温度以下になると、アノードオフガス循環器を動作させるとともに、アノードオフガス排出弁を開放させてもよい。
【００２１】
かかる構成によると、リサイクル方式の燃料電池システムにおいて、上記のいずれかの温度が所定温度以下になった場合、アノードオフガス排出弁を開放するとともに、アノードオフガス循環器が動作することで、アノードオフガス循環経路で発生した凝縮水が、アノードオフガス排出弁を通じて外部へ排出される。よって、アノードオフガス排出弁の凍結を適切に予防し得るとともに、凝縮水凍結による体積膨張でアノードオフガス循環経路の凍結破損が起きる可能性を低減できる。また、水素ガス供給経路、燃料電池のアノードおよびアノードオフガス排出経路で発生した凝縮水がアノードオフガス排出弁を通じて外部へ排出されるので、凝縮水凍結による体積膨張でこれらの凍結破損が起きる可能性も低減できる。
【００２２】
本開示の第４の態様の燃料電池システムは、第１の態様または第２の態様の燃料電池システムにおいて、アノードオフガスをアノードオフガス排出経路から水素ガス供給経路に送るためのアノードオフガス循環経路と、アノードオフガス循環経路に設けられ、アノードオフガスを循環させるアノードオフガス循環器と、燃料電池に供給する冷却水が流れる冷却水経路と、冷却水経路に設けられ、燃料電池に冷却水を供給する冷却水供給器と、冷却水経路および水素ガス供給経路に設けられ、冷却水を用いて水素ガスを加湿する加湿器と、を備え、制御器は、冷却水経路の温度が所定温度以下になると、冷却水供給器およびアノードオフガス循環器を動作させるとともに、アノードオフガス排出弁を開放させてもよい。
【００２３】
かかる構成によると、リサイクル方式の燃料電池システムにおいて、冷却水経路の温度が所定温度以下となった場合、冷却水供給器を動作させて、冷却水経路内を冷却水が流通する状態が形成される。すると、冷却水経路の凍結防止を行うことができる。このとき、冷却水経路から水素ガス供給経路へ加湿器を通じて水分が移動（透過）する可能性がある。例えば、冷却水経路内を冷却水が流通する状態では、加湿器において、冷却水経路の水蒸気分圧（水の蒸気圧）と水素ガス供給経路の水蒸気分圧との差が発生しやすいので、冷却水経路から水素ガス供給経路へ加湿器を通じて水分が移動しやすくなる。
【００２４】
そこで、本態様の燃料電池システムでは、アノードオフガス排出弁を開放するとともに、アノードオフガス循環器が動作することで、上記の加湿器を通過した水分が、アノードオフガス排出弁を通じて外部へ排出されるので、アノードオフガス排出弁の凍結を適切に予防し得る。また、水凍結による体積膨張で水素ガス供給経路の凍結破損が起きる可能性を低減できる。
【００２５】
本開示の第５の態様の燃料電池システムは、第４の態様の燃料電池システムにおいて、制御器は、水素ガス供給経路、燃料電池のアノード、アノードオフガス排出経路、アノードオフガス排出弁およびアノードオフガス循環経路のいずれかの温度が所定温度以下になると、アノードオフガス循環器を動作させるとともに、アノードオフガス排出弁を開放させてもよい。
【００２６】
かかる構成によると、リサイクル方式の燃料電池システムにおいて、仮に冷却水経路の温度が所定温度を超える場合でも、水素ガス供給経路、燃料電池のアノード、アノードオフガス排出経路、アノードオフガス排出弁およびアノードオフガス循環経路のいずれかの温度が所定温度以下となった場合、アノードオフガス排出弁を開放するとともに、アノードオフガス循環器が動作することで、上記の部分で発生した凝縮水が、アノードオフガス排出弁を通じて外部へ排出される。よって、アノードオフガス排出弁の凍結を適切に予防し得るとともに、凝縮水凍結による体積膨張で水素ガス供給経路、燃料電池のアノード、アノードオフガス排出経路およびアノードオフガス循環経路の凍結破損が起きる可能性を低減できる。
【００２７】
本開示の第６の態様の燃料電池システムは、第１の態様−第５の態様のいずれかの燃料電池システムにおいて、水素ガス供給経路に設けられた水素ガス供給弁を備え、制御器は、アノードオフガス排出弁を開放させる動作において、水素ガス供給弁を開放させてもよい。
【００２８】
かかる構成によると、アノードオフガス排出弁を開放させる凍結予防動作において、水素ガス供給弁を開放させることで、水素ガス供給源の供給元圧により、水素ガスを燃料電池システムの水素ガス供給経路内に圧送することができる。このため、水素ガス供給経路、燃料電池のアノード、アノードオフガス排出経路、アノードオフガス排出弁などにおける凝縮水が適切に排水される。よって、本態様の燃料電池システムは、上記の凍結予防動作において、水素ガス供給弁が開放しないシステムよりも、アノードオフガス排出弁の凍結が適切に予防され得る。また、水素ガス供給弁が開放しないシステムよりも、凝縮水凍結による体積膨張で水素ガス供給経路、燃料電池のアノード、アノードオフガス排出経路などの凍結破損が起きる可能性を低減できる。
【００２９】
本開示の第７の態様の燃料電池システムは、第１の態様−第６の態様のいずれかの燃料電池システムにおいて、燃料電池システムの筐体内に設けられた温度検知器を備え、制御部は、温度検知器の検知温度が所定温度以下であるとき、アノードオフガス排出弁を開放させてもよい。
【００３０】
かかる構成によると、アノードオフガス排出弁を開放させる凍結予防動作のタイミングを、燃料電池システムの筐体内に設けられた温度検知器の検知温度に基づいて適切に決定することができる。
【００３１】
本開示の第８の態様の燃料電池システムは、水素ガスおよび酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、燃料電池のアノードに供給する水素ガスが流れる水素ガス供給経路と、燃料電池のアノードから排出されたアノードオフガスを外部に排出するためのアノードオフガス排出経路と、アノードオフガス排出経路に設けられたアノードオフガス排出弁と、前記アノードオフガス排出弁から上方へ延伸する前記アノードオフガス排出経路に設けられた気液分離槽と、前記アノードオフガスを前記アノードオフガス排出経路から前記水素ガス供給経路に送るためのアノードオフガス循環経路と、前記アノードオフガス循環経路に設けられ、前記アノードオフガスを循環させるアノードオフガス循環器と、前記燃料電池に供給する冷却水が流れる冷却水経路と、前記冷却水経路に設けられ、前記燃料電池に前記冷却水を供給する冷却水供給器と、前記冷却水経路および前記水素ガス供給経路に設けられ、前記冷却水を用いて前記水素ガスを加湿する加湿器と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記水素ガス供給経路、前記燃料電池のアノード、前記アノードオフガス排出経路、前記アノードオフガス循環経路、前記冷却水経路、および前記アノードオフガス排出弁のいずれかの温度が所定温度以下になり、かつ、前記冷却水経路の温度が所定温度以下になると、前記冷却水供給器および前記循環器を動作させるとともに、前記アノードオフガス排出弁を開放させる。
【００３２】
以下、添付図面を参照しつつ、本開示の実施形態について説明する。以下で説明する実施形態は、いずれも上記の各態様の一例を示すものである。
【００３３】
よって、以下で示される数値、形状、材料、構成要素、および、構成要素の配置位置および接続形態などは、あくまで一例であり、請求項に記載されていない限り、上記の各態様を限定するものではない。また、以下の構成要素のうち、本態様の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面において、同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合がある。図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状および寸法比などについては正確な表示ではない場合がある。
【００３４】
（第１実施形態）
［装置構成］
図１は、第１実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
【００３５】
図１に示す例では、本実施形態の燃料電池システム１００は、燃料電池１と、水素ガス供給経路２と、アノードオフガス排出経路３と、アノードオフガス排出弁４と、酸化剤ガス供給器６と、水素ガス供給弁９と、制御器８と、第１温度検知器１０と、を備える。
【００３６】
燃料電池１は、水素ガスおよび酸化剤ガスを用いて発電する。具体的には、水素と酸素を電気化学反応させて発電が行われる。
【００３７】
燃料電池１は、例えば、電解質（図示せず）をアノードとカソードとで挟持した膜電極接合体（ＭＥＡ）の積層体を備える。なお、アノードおよびカソード（電極）は、例えば、白金などの貴金属触媒を坦持したカーボン粒子からなる触媒層とカーボンペーパー、カーボンフェルトからなるガス拡散層と、により構成されているが、これに限定されない。
【００３８】
燃料電池１は、いずれの種類であってもよい。本実施形態の燃料電池システム１００では、燃料電池１として固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）を例に挙げて説明しているが、これに限定されない。
【００３９】
水素ガス供給経路２は、燃料電池１のアノードに供給する水素ガスが流れる流路である。例えば、図示しない水電解装置などで生成された水素ガスが用いられてもよい。つまり、本実施形態の燃料電池システム１００では、図示しない水素ガス供給源から水素ガスが、燃料電池１のアノードに供給されている。水素ガス供給源は、所定の供給元圧を備え、例えば、水素ガスインフラ、水素ガスボンベなどを例示できる。水素ガス供給経路２は、水素ガスが可燃性ガスであるので、例えば、難燃性材料の配管（例えば、ステンレス製配管などの金属配管）などで形成されている。なお、水素ガス供給経路２により供給される水素ガスの流量は、燃料電池１の発電量に応じて、適宜、調整されている。
【００４０】
水素ガス供給弁９は水素ガス供給経路２に設けられている。つまり、水素ガス供給弁９を開くと、図示しない水素ガス供給源の供給元圧により、水素ガスを供給するための所定の供給圧力が水素ガス供給経路２に付与される。水素ガス供給弁９として、例えば、ソレノイド式の電磁弁などを例示できる。
【００４１】
アノードオフガス排出経路３は、燃料電池１のアノードから排出されたアノードオフガスを外部に排出するための流路である。アノードオフガス排出弁４は、アノードオフガス排出経路３に設けられている。本実施形態の燃料電池システム１００では、燃料電池１のアノード出口から下方に延伸するアノードオフガス排出経路３にアノードオフガス排出弁４が接続されている。よって、アノードオフガス排出弁４が開くと、燃料電池１の発電に使用されなかった未反応の水素ガスが、アノードオフガスとしてアノードオフガス排出経路３を通じて外部に排出される。
【００４２】
アノードオフガス排出経路３は、アノードオフガスが可燃性ガスを含むので、難燃性材料の配管（例えば、ステンレス製配管などの金属配管）などで形成されている。アノードオフガス排出弁４として、例えば、ソレノイド式の電磁弁などを例示できる。
【００４３】
酸化剤ガス供給器６は、燃料電池１のカソードに酸化剤ガスを供給する装置である。酸化剤ガスとして、例えば、空気を例示できる。この場合、酸化剤ガス供給器６として、例えば、コンプレッサー、電磁誘導式のダイアフラムポンプなどを例示できる。酸化剤ガスおよびカソードオフガスが流通する経路は、例えば、ステンレス製配管などの金属配管、架橋ポリエチレンチューブなどで形成されている。
【００４４】
制御器８は、水素ガス供給経路２、燃料電池１のアノード、アノードオフガス排出経路３およびアノードオフガス排出弁４のいずれかの温度が所定温度以下になると、アノードオフガス排出弁４を開放させる（以下、凍結予防動作）。所定温度は、例えば、１℃〜５℃の範囲内で設定してもよい。例えば、図１に示すように、燃料電池システム１００が、燃料電池システム１００の筐体１００Ａ内に設けられた第１温度検知器１０を備え、制御器８は、第１温度検知器１０の検知温度が所定温度以下であるとき、凍結予防動作を行ってもよい。また、制御器８は、燃料電池１のアノード、アノードオフガス排出経路３およびアノードオフガス排出弁４のいずれかの温度と相関し、外部からネットワークなどを介して送信される適宜の温度情報に基づいて、凍結予防動作を行ってもよい。第１温度検知器１０として、例えば、サーミスタなどを例示できる。
【００４５】
第１温度検知器１０は、筐体１００Ａ内の適宜の箇所に１つだけ設けてもよいし、筐体１００Ａ内に複数個、設けてもよい。本実施形態の燃料電池システム１００では、第１温度検知器１０を水素ガス供給経路２に設けているが、これに限定されない。
【００４６】
制御器８は、制御機能を有するものであれば、どのような構成であっても構わない。制御器８は、例えば、演算回路と、制御プログラムを記憶する記憶回路と、を備える。演算回路として、例えば、ＭＰＵ、ＣＰＵなどを例示できる。記憶回路として、例えば、メモリを例示できる。制御器８は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。
【００４７】
［動作］
図２は、第１実施形態の燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。
【００４８】
なお、以下に示す動作は、例えば、制御器８の演算回路が記憶回路から制御プログラムを読み出すことで行われる。但し、以下の動作を制御器８で行うことは、必ずしも必須ではない。操作者が、その一部の動作を行っても構わない。また、以下に示す動作においては、必要に応じて、各ステップの順序などを変更することができる。また、必要に応じて、他の公知のステップを追加することもできる。
【００４９】
まず、ステップＳ１で、燃料電池１の運転状態が発電以外であるか否かが判定される。
【００５０】
ステップＳ１において、燃料電池１の運転状態が発電以外とは、燃料電池１が発電を行っていない状態を指し、例えば、燃料電池システム１００の停止シーケンス中、燃料電池システム１００の起動シーケンス中、これらのシーケンスの間の待機中などを例示できる。
【００５１】
燃料電池１の運転状態が発電中であると判定された場合（ステップＳ１でＮｏの場合）、燃料電池システム１００の動作温度は、水が凝固し始める温度（水の凝固点）よりも十分に高温であるので、以下の燃料電池システム１００の凍結予防動作を必要としない。よって、この場合、ステップＳ１の判定動作が繰り返される。なお、このとき、燃料電池１の発電中の適時に、アノードオフガス排出弁４が開放され、燃料電池１の発電に使用されなかった未反応の水素ガスが、アノードオフガスとしてアノードオフガス排出経路３を通じて外部に排出される。
【００５２】
燃料電池１の運転状態が発電以外であると判定された場合（ステップＳ１でＹｅｓの場合）、燃料電池システム１００の温度低下が起き、燃料電池システム１００の温度が、水の凝固点に近づく可能性がある。よって、この場合、ステップＳ２以降の動作が行われる。
【００５３】
つまり、燃料電池１の運転状態が発電以外であると判定された場合（ステップＳ１でＹｅｓの場合）、アノードオフガス排出弁４を閉止する（ステップＳ２）。なお、ステップＳ２の動作開始直前に、アノードオフガス排出弁４が閉まっている場合は、ステップＳ２では、アノードオフガス排出弁４の閉止が確認される。
【００５４】
次に、ステップＳ３では、水素ガス供給経路２、燃料電池１のアノード、アノードオフガス排出経路３およびアノードオフガス排出弁４のいずれかの温度が、所定温度以下であるか否かが判定される。ステップＳ３の所定温度は、水の凝固点よりも高い温度に設定されている。
【００５５】
例えば、第１温度検知器１０が、燃料電池システム１００の筐体１００Ａ内の温度（例えば、空間温度）を検知する場合、ステップＳ３の所定温度を、約３℃程度に設定してもよい。筐体１００Ａの空気の流れの影響などにより、水素ガス供給経路２、燃料電池１のアノード、アノードオフガス排出経路３およびアノードオフガス排出弁４のそれぞれの間で、温度差が存在する可能性がある。よって、第１温度検知器１０は、水素ガス供給経路２、燃料電池１のアノード、アノードオフガス排出経路３およびアノードオフガス排出弁４のうち、水凍結が最も発生しやすい部分の近傍に設ける方がよい。なお、この所定温度の設定は、例示であって、本例に限定されない。
【００５６】
ステップＳ３で、水素ガス供給経路２、燃料電池１のアノード、アノードオフガス排出経路３およびアノードオフガス排出弁４の全ての温度が、所定温度を超えていると判定された場合（ステップＳ３でＮｏの場合）、燃料電池システム１００の凍結予防動作を必要としない。よって、この場合、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１の判定動作が繰り返される。
【００５７】
ステップＳ３で、水素ガス供給経路２、燃料電池１のアノード、アノードオフガス排出経路３およびアノードオフガス排出弁４のいずれかの温度が、所定温度以下であると判定された場合（ステップＳ３でＹｅｓの場合）、燃料電池システム１００の構成要素のうち、所定温度以下と判定された箇所に凝縮水が存在すると、凝縮水が凝固し始める可能性がある。よって、この場合、次のステップＳ４に進む。
【００５８】
ステップＳ４で、アノードオフガス排出弁４が開放される。例えば、第１温度検知器１０の検知温度が所定温度以下であるとき、ステップＳ４のアノードオフガス排出弁４を開放させる動作が行われてもよい。なお、アノードオフガス排出弁４を開放させる動作（ステップＳ４）において、図示を省略するが、水素ガス供給弁９を開放させてもよい。
【００５９】
その後、ステップＳ３において、ステップＳ３の判定動作が再び行われる。
【００６０】
以上のとおり、本実施形態の燃料電池システム１００は、パージ機能と排水機能とを備えるアノードオフガス排出弁４の凍結を適切に予防し得る。つまり、アノードオフガス排出弁４を開放させる凍結予防動作のタイミングは、水素ガス供給経路２、燃料電池１のアノード、アノードオフガス排出経路３およびアノードオフガス排出弁４のいずれかの温度に基づいて決定される。すると、例えば、上記のいずれかの温度が所定温度以下になった場合、アノードオフガス排出弁４およびこれに連通する経路に存在する凝縮水が、凝固し始める前に適切に排水される。よって、アノードオフガス排出弁４の凍結が適切に予防され、ひいては、次回の燃料電池システム１００の運転において、アノードオフガス排出弁４が正常に開閉しない可能性を低減できる。また、例えば、上記のいずれかの温度が所定温度以下になった場合、水素ガス供給経路２、燃料電池１のアノードおよびアノードオフガス排出経路３などに存在する凝縮水が、凝固し始める前に適切に排水される。よって、凝縮水凍結による体積膨張で水素ガス供給経路２、燃料電池１のアノード、アノードオフガス排出経路３などの凍結破損が起きる可能性も低減できる。
【００６１】
また、本実施形態の燃料電池システム１００は、アノードオフガス排出弁４を開放させる動作において、水素ガス供給弁９を開放させることで、水素ガス供給源の供給元圧により、水素ガスを燃料電池システム１００の水素ガス供給経路２内に圧送することができる。このため、水素ガス供給経路２、燃料電池１のアノード、アノードオフガス排出経路３、アノードオフガス排出弁４などにおける凝縮水が適切に排水される。よって、本実施形態の燃料電池システム１００は、アノードオフガス排出弁４を開放させる凍結予防動作において、水素ガス供給弁９が開放しないシステムよりも、アノードオフガス排出弁４の凍結が適切に予防され得る。また、水素ガス供給弁９が開放しないシステムよりも、凝縮水凍結による体積膨張で水素ガス供給経路２、燃料電池１のアノード、アノードオフガス排出経路３などの凍結破損が起きる可能性を低減できる。
【００６２】
また、本実施形態の燃料電池システム１００は、アノードオフガス排出弁４を開放させる凍結予防動作のタイミングを、燃料電池システム１００の筐体１００Ａ内に設けられた第１温度検知器１０の検知温度に基づいて適切に決定することができる。
【００６３】
（変形例）
図３は、第１実施形態の変形例の燃料電池システムの一例を示す図である。
【００６４】
図３に示す例では、本変形例の燃料電池システム１００は、燃料電池１と、水素ガス供給経路２と、アノードオフガス排出経路３と、アノードオフガス排出弁４と、酸化剤ガス供給器６と、水素ガス供給弁９と、制御器８と、第１温度検知器１０と、気液分離槽１１と、を備える。
【００６５】
燃料電池１、水素ガス供給経路２、アノードオフガス排出経路３、アノードオフガス排出弁４、酸化剤ガス供給器６、水素ガス供給弁９、制御器８および第１温度検知器１０は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００６６】
気液分離槽１１は、アノードオフガス排出弁４から上方へ延伸するアノードオフガス排出経路３に設けられている。気液分離槽１１は、図３に示す如く、水タンクを備える。そして、この水タンクに、例えば、水素ガス供給経路２内、燃料電池１のアノード内、アノードオフガス排出経路３内などで発生した凝縮水を集めることができる。よって、水タンクの容積は、例えば、水素ガス供給経路２から気液分離槽１１が設けられたアノードオフガス排出経路３の箇所までの内容積以上に設定するとよい。水タンクとして、例えば、ステンレスタンクなどを例示できる。
【００６７】
なお、本変形例の燃料電池システム１００は、上記特徴以外は、第１実施形態の燃料電池システム１００と同様に構成してもよい。
【００６８】
［動作］
本変形例の燃料電池システム１００の動作は、第１実施形態の燃料電池システム１００の動作と同様である。よって、本動作の図示および説明を省略する。
【００６９】
以上のとおり、本変形例の燃料電池システム１００は、水素ガス供給経路２内、燃料電池１のアノード内、アノードオフガス排出経路３内などで発生した凝縮水を、気液分離槽１１に集めることができるので、これらの内部は、凝縮水が存在せずに気体が充満した状態になりやすい。よって、仮に上記の内部に凝縮水が存在する場合、凝縮水凍結による体積膨張で水素ガス供給経路２、燃料電池１のアノード、アノードオフガス排出経路３などの凍結破損が起きる可能性があるが、本変形例の燃料電池システム１００は、上記の構成により、このような可能性を低減できる。
【００７０】
（第２実施形態）
[装置構成]
図４は、第２実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
【００７１】
図４に示す例では、本実施形態の燃料電池システム１００は、燃料電池１と、水素ガス供給経路２と、アノードオフガス排出経路３と、アノードオフガス排出弁４と、酸化剤ガス供給器６と、水素ガス供給弁９と、制御器８と、第１温度検知器１０と、気液分離槽１１と、アノードオフガス循環経路１２と、アノードオフガス循環器１３と、を備える。
【００７２】
燃料電池１、水素ガス供給経路２、アノードオフガス排出経路３、アノードオフガス排出弁４、酸化剤ガス供給器６、水素ガス供給弁９および第１温度検知器１０は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００７３】
アノードオフガス循環経路１２は、アノードオフガスをアノードオフガス排出経路３から水素ガス供給経路２に送るための流路である。アノードオフガス循環経路１２の下流端は、水素ガスが流れる流路であれば、いずれの箇所に接続されていても構わない。本実施形態の燃料電池システム１００では、アノードオフガス循環経路１２の下流端は、水素ガス供給弁９と燃料電池１のアノード入口との間を延伸する水素ガス供給経路２に接続している。アノードオフガス循環経路１２の上流端は、例えば、燃料電池１のアノード出口と気液分離槽１１との間を延伸するアノードオフガス排出経路３に接続している。これにより、燃料電池１のアノード出口から出たアノードオフガス中の水分とガスとが、気液分離槽１１により分離される。アノードオフガス循環経路１２は、アノードオフガスが可燃性ガスを含むので、難燃性材料の配管（例えば、ステンレス製配管などの金属配管）などで形成されている。
【００７４】
アノードオフガス循環器１３は、アノードオフガス循環経路１２に設けられ、アノードオフガスを循環させる装置である。アノードオフガス循環器１３は、アノードオフガスを循環させることができれば、どのような構成であってもよい。図４では、アノードオフガス循環器１３として、アノードオフガス循環経路１２に設けられた昇圧器が示されている。昇圧器として、例えば、制御器８からの入力電圧によりアノードオフガスの流量を調整可能な電磁誘導式のダイアフラムポンプなどを例示できる。なお、図示を省略するが、アノードオフガス循環器は、アノードオフガス循環経路１２と水素ガス供給経路２との接続箇所に設けられたエジェクタであってもよい。
【００７５】
制御器８は、水素ガス供給経路２、燃料電池１のアノード、アノードオフガス排出経路３、アノードオフガス排出弁４およびアノードオフガス循環経路１２のいずれかの温度が所定温度以下になると、アノードオフガス循環器１３を動作させるとともに、アノードオフガス排出弁４を開放させる（以下、凍結予防動作）。例えば、制御器８は、上記の第１温度検知器１０の検知温度が所定温度以下であるとき、凍結予防動作を行ってもよい。また、制御器８は、燃料電池１のアノード、アノードオフガス排出経路３およびアノードオフガス排出弁４のいずれかの温度と相関し、外部からネットワークなどを介して送信される適宜の温度情報に基づいて、凍結予防動作を行ってもよい。
【００７６】
制御器８は、上記のとおり、制御機能を有するものであれば、どのような構成であっても構わない。
【００７７】
なお、本実施形態の燃料電池システム１００は、上記特徴以外は、第１実施形態または第１実施形態の変形例の燃料電池システム１００と同様に構成してもよい。
【００７８】
[動作]
図５は、第２実施形態の燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。
【００７９】
なお、以下に示す動作は、例えば、制御器８の演算回路が記憶回路から制御プログラムを読み出すことで行われる。但し、以下の動作を制御器８で行うことは、必ずしも必須ではない。操作者が、その一部の動作を行っても構わない。また、以下に示す動作においては、必要に応じて、各ステップの順序などを変更することができる。また、必要に応じて、他の公知のステップを追加することもできる。
【００８０】
ここで、図５のステップＳ１、ステップＳ２およびステップＳ４は、図２のステップＳ１、ステップＳ２およびステップＳ４と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００８１】
なお、図４のリサイクル方式の燃料電池システム１００では、燃料電池１の運転状態が発電中である場合、燃料電池１のアノードに供給された水素ガスのうち、燃料電池１の発電に使用されなかったアノードオフガスを、燃料電池１のアノードに戻すことで再利用（リサイクル）している。アノードオフガスが循環する過程で、アノードオフガス中には、水素ガス以外の不純物が経時的に増加する。不純物として、例えば、燃料電池１のカソードから電解質膜を通じてアノードへ漏れる窒素ガスを例示できる。アノードオフガス中の不純物が増加すると、アノードオフガス中の水素濃度は低下する。そこで、燃料電池１の発電中には、適時に、アノードオフガス排出弁４を一時的に開くことで、不純物を含むアノードオフガスが、気液分離槽１１内の凝縮水とともに外部に放出（パージ）される。これにより、アノードオフガス中の不純物の濃度を低減することが可能となり、アノードオフガス中の水素濃度を回復させることができる。
【００８２】
まず、燃料電池１の運転状態が発電以外であると判定された場合（ステップＳ１でＹｅｓの場合）、アノードオフガス循環器１３の動作を停止する（ステップＳ１１）。なお、ステップＳ１１の動作開始直前に、アノードオフガス循環器１３の動作が停止している場合は、ステップＳ１１では、アノードオフガス循環器１３の動作停止が確認される。
【００８３】
次に、ステップＳ１２では、水素ガス供給経路２、燃料電池１のアノード、アノードオフガス排出経路３、アノードオフガス循環経路１２およびアノードオフガス排出弁４のいずれかの温度が、所定温度以下であるか否かが判定される。ステップＳ１２の所定温度は、水の凝固点よりも高い温度に設定されている。
【００８４】
例えば、第１温度検知器１０が、燃料電池システム１００の筐体１００Ａ内の温度（例えば、空間温度）を検知する場合、ステップＳ１２の所定温度を、約３℃程度に設定してもよい。この場合、第１温度検知器１０は、上記のとおり、水素ガス供給経路２、燃料電池１のアノード、アノードオフガス排出経路３、アノードオフガス循環経路１２およびアノードオフガス排出弁４のうち、水凍結が最も発生しやすい部分の近傍に設ける方がよい。なお、この所定温度の設定は、例示であって、本例に限定されない。
【００８５】
ステップＳ１２で、水素ガス供給経路２、燃料電池１のアノード、アノードオフガス排出経路３、アノードオフガス循環経路１２およびアノードオフガス排出弁４の全ての温度が、所定温度を超えていると判定された場合（ステップＳ１２でＮｏの場合）、燃料電池システム１００の凍結予防動作を必要としない。よって、この場合、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１の判定動作が繰り返される。
【００８６】
ステップＳ１２で、水素ガス供給経路２、燃料電池１のアノード、アノードオフガス排出経路３、アノードオフガス循環経路１２およびアノードオフガス排出弁４のいずれかの温度が、所定温度以下であると判定された場合（ステップＳ１２でＹｅｓの場合）、燃料電池システム１００の構成要素のうち、所定温度以下と判定された箇所に凝縮水が存在すると、凝縮水が凝固し始める可能性がある。よって、この場合、次のステップＳ４に進む。
【００８７】
そして、ステップＳ４で、アノードオフガス排出弁４が開放された後、ステップＳ１３で、アノードオフガス循環器１３の動作が開始される。例えば、第１温度検知器１０の検知温度が所定温度以下であるとき、ステップＳ４で、アノードオフガス排出弁４が開放され、ステップＳ１３で、アノードオフガス循環器１３の動作が開始されてもよい。このアノードオフガス排出弁４を開放させる動作（ステップＳ４）において、図示を省略するが、水素ガス供給弁９を開放させてもよい。
【００８８】
その後、ステップＳ１２において、ステップＳ１２の判定動作が再び行われる。
【００８９】
なお、本実施形態の燃料電池システム１００の動作は、上記特徴以外は、第１実施形態の燃料電池システム１００の動作と同様であってもよい。
【００９０】
以上のとおり、本実施形態の燃料電池システム１００は、水素ガス供給経路２、燃料電池１のアノード、アノードオフガス排出経路３、アノードオフガス排出弁４およびアノードオフガス循環経路１２のいずれかの温度が所定温度以下となった場合、アノードオフガス排出弁４を開放するとともに、アノードオフガス循環器１３が動作することで、アノードオフガス循環経路１２で発生した凝縮水が、アノードオフガス排出弁４を通じて外部へ排出される。よって、アノードオフガス排出弁４の凍結を適切に予防し得るとともに、凝縮水凍結による体積膨張でアノードオフガス循環経路１２の凍結破損が起きる可能性を低減できる。また、水素ガス供給経路２、燃料電池１のアノードおよびアノードオフガス排出経路３で発生した凝縮水がアノードオフガス排出弁４を通じて外部へ排出されるので、凝縮水凍結による体積膨張でこれらの凍結破損が起きる可能性も低減できる。
【００９１】
（第３実施形態）
[装置構成]
図６は、第３実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
【００９２】
図６に示す例では、本実施形態の燃料電池システム１００は、燃料電池１と、水素ガス供給経路２と、アノードオフガス排出経路３と、アノードオフガス排出弁４と、酸化剤ガス供給器６と、水素ガス供給弁９と、制御器８と、第１温度検知器１０と、気液分離槽１１と、アノードオフガス循環経路１２と、アノードオフガス循環器１３と、冷却水経路１４と、冷却水供給器１５と、加湿器１６と、第２温度検知器１７と、を備える。
【００９３】
燃料電池１、水素ガス供給経路２、アノードオフガス排出経路３、アノードオフガス排出弁４、酸化剤ガス供給器６、水素ガス供給弁９および第１温度検知器１０は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。また、気液分離槽１１は、第１実施形態の変形例と同様であるので説明を省略する。また、アノードオフガス循環経路１２およびアノードオフガス循環器１３は、第２実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００９４】
冷却水経路１４は、燃料電池１に供給する冷却水が流れる流路である。つまり、冷却水経路１４には、燃料電池１の発電の際に発生する熱を熱交換により回収するための冷却水が流通している。燃料電池１の発電中、燃料電池１の温度を適温に維持するのに必要となる機器は適宜、設けられる。例えば、本実施形態の燃料電池システム１００の冷却水経路１４には、冷却水供給器１５、第２温度検知器１７、燃料電池１および加湿器１６が、冷却水の流れ方向において、この順に設けられている。
【００９５】
冷却水供給器１５は、冷却水経路１４に設けられ、燃料電池１に冷却水を供給する装置である。冷却水供給器１５は、燃料電池１に冷却水を供給することができれば、どのような構成であってもよい。冷却水供給器１５として、例えば、回転式の送水ポンプを用いる。
【００９６】
また、第２温度検知器１７は、燃料電池１に流入する前の冷却水の温度を検知する。第２温度検知器１７として、例えば、サーミスタなどを例示できる。
【００９７】
加湿器１６は、冷却水経路１４および水素ガス供給経路２に設けられ、冷却水を用いて水素ガスを加湿する装置である。例えば、燃料電池１から流出した後の冷却水経路１４を流れる冷却水の温度は、燃料電池１の熱を回収することで高温化している。よって、このような高温の冷却水と、水素ガス供給経路２を流れる低温の水素ガスとの間の加湿器１６における熱交換によって、水素ガスが加湿される。加湿器１６として、例えば、イオン交換樹脂を材料とした中空糸膜で、内側をガスが、外側を温水が流れる熱交換器などを例示できる。
【００９８】
なお、図示を省略するが、冷却水経路１４の適所に、放熱器を設けてもよい。すると、燃料電池１との熱交換により加熱された冷却水が放熱器を通過する際に、冷却水の熱が放熱により奪われて冷却される。放熱器として、例えば、送風ファンを備える空冷式の熱交換器などを例示できる。
【００９９】
以上により、例えば、制御器８が、燃料電池１との間で熱交換する冷却水の水温が所定の温度となるように冷却水供給器１５、放熱器などの動作をフィードバック制御してもよい。これにより、燃料電池１の温度が適温に維持される。
【０１００】
また、制御器８は、冷却水経路１４の温度が所定温度以下になると、冷却水供給器１５およびアノードオフガス循環器１３を動作させるとともに、アノードオフガス排出弁４を開放させる（以下、凍結予防動作）。例えば、制御器８は、上記の第２温度検知器１７の検知温度が所定温度以下であるとき、凍結予防動作を行ってもよい。また、制御器８は、冷却水経路１４の温度と相関し、外部からネットワークなどを介して送信される適宜の温度情報に基づいて、凍結予防動作を行ってもよい。
【０１０１】
また、制御器８は、水素ガス供給経路２、燃料電池１のアノード、アノードオフガス排出経路３、アノードオフガス排出弁４およびアノードオフガス循環経路１２のいずれかの温度が所定温度以下になると、アノードオフガス循環器１３を動作させるとともに、アノードオフガス排出弁４を開放させる（以下、凍結予防動作）。例えば、制御器８は、上記の第１温度検知器１０の検知温度が所定温度以下であるとき、凍結予防動作を行ってもよい。また、制御器８は、燃料電池１のアノード、アノードオフガス排出経路３およびアノードオフガス排出弁４のいずれかの温度と相関し、外部からネットワークなどを介して送信される適宜の温度情報に基づいて、凍結予防動作を行ってもよい。
【０１０２】
制御器８は、上記のとおり、制御機能を有するものであれば、どのような構成であっても構わない。
【０１０３】
なお、本実施形態の燃料電池システム１００は、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の変形例および第２実施形態のいずれかの燃料電池システム１００と同様に構成してもよい。
【０１０４】
［動作］
図７は、第３実施形態の燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。
【０１０５】
なお、以下に示す動作は、例えば、制御器８の演算回路が記憶回路から制御プログラムを読み出すことで行われる。但し、以下の動作を制御器８で行うことは、必ずしも必須ではない。操作者が、その一部の動作を行っても構わない。また、以下に示す動作においては、必要に応じて、各ステップの順序などを変更することができる。また、必要に応じて、他の公知のステップを追加することもできる。
【０１０６】
ここで、図７のステップＳ１、ステップＳ２およびステップＳ４は、図２のステップＳ１、ステップＳ２およびステップＳ４と同様であるので詳細な説明は省略する。また、図７のステップＳ１１およびステップＳ１３は、図５のステップＳ１１およびステップＳ１３と同様であるので詳細な説明は省略する。
【０１０７】
なお、第２実施形態の燃料電池システム１００と同様、図６のリサイクル方式の燃料電池システム１００では、燃料電池１の運転状態が発電中である場合、燃料電池１のアノードに供給された水素ガスのうち、燃料電池１の発電に使用されなかったアノードオフガスを、燃料電池１のアノードに戻すことで再利用（リサイクル）している。
【０１０８】
まず、燃料電池１の運転状態が発電以外であると判定された場合（ステップＳ１でＹｅｓの場合）、冷却水供給器１５の動作を停止する（ステップＳ２１）。なお、ステップＳ２１の動作開始直前に、冷却水供給器１５の動作が停止している場合は、ステップＳ２１では、冷却水供給器１５の動作停止が確認される。
【０１０９】
次に、ステップＳ２２では、水素ガス供給経路２、燃料電池１のアノード、アノードオフガス排出経路３、アノードオフガス循環経路１２、冷却水経路１４およびアノードオフガス排出弁４のいずれかの温度が、所定温度以下であるか否かが判定される。ステップＳ２２の所定温度は、水の凝固点よりも高い温度に設定されている。
【０１１０】
例えば、第１温度検知器１０が、燃料電池システム１００の筐体１００Ａ内の温度（例えば、空間温度）を検知する場合、ステップＳ２２の所定温度を、約３℃程度に設定してもよい。この場合、第１温度検知器１０は、上記のとおり、水素ガス供給経路２、燃料電池１のアノード、アノードオフガス排出経路３、アノードオフガス循環経路１２、冷却水経路１４およびアノードオフガス排出弁４のうち、水凍結が最も発生しやすい部分の近傍に設ける方がよい。なお、この所定温度の設定は、例示であって、本例に限定されない。
【０１１１】
ステップＳ２２で、水素ガス供給経路２、燃料電池１のアノード、アノードオフガス排出経路３、アノードオフガス循環経路１２、冷却水経路１４およびアノードオフガス排出弁４の全ての温度が、所定温度を超えていると判定された場合（ステップＳ２２でＮｏの場合）、燃料電池システム１００の凍結予防動作を必要としない。よって、この場合、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１の判定動作が繰り返される。
【０１１２】
ステップＳ２２で、水素ガス供給経路２、燃料電池１のアノード、アノードオフガス排出経路３、アノードオフガス循環経路１２、冷却水経路１４およびアノードオフガス排出弁４のいずれかの温度が、所定温度以下であると判定された場合（ステップＳ２２でＹｅｓの場合）、燃料電池システム１００の構成要素のうち、所定温度以下と判定された箇所に凝縮水が存在すると、凝縮水が凝固し始める可能性がある。よって、この場合、次の判定ステップＳ２３に進む。
【０１１３】
次に、ステップＳ２３では、冷却水経路１４の温度が、所定温度以下であるか否かが判定される。ステップＳ２３の所定温度は、ステップＳ２２の所定温度と同じであってもよく、水の凝固点よりも高い温度に設定されている。例えば、第２温度検知器１７が、冷却水経路１４内の冷却水温度を検知する場合、ステップＳ２３の所定温度を、約３℃程度に設定してもよい。なお、以上の所定温度の設定は、例示であって、本例に限定されない。
【０１１４】
ステップＳ２３で、冷却水経路１４の温度が、所定温度を超えていると判定された場合（ステップＳ２３でＮｏの場合）、そのまま、ステップＳ４に進む。
【０１１５】
ステップＳ２３で、冷却水経路１４の温度が、所定温度以下であると判定された場合（ステップＳ２３でＹｅｓの場合）、ステップＳ２４で、冷却水供給器１５の動作が開始され、ステップＳ４に進む。
【０１１６】
そして、ステップＳ４で、アノードオフガス排出弁４が開放された後、ステップＳ１３で、アノードオフガス循環器１３の動作が開始される。このアノードオフガス排出弁４を開放させる動作（ステップＳ４）において、図示を省略するが、水素ガス供給弁９を開放させてもよい。
【０１１７】
その後、ステップＳ２２において、ステップＳ２２の判定動作が再び行われる。
【０１１８】
なお、本実施形態の燃料電池システム１００の動作は、上記特徴以外は、第１実施形態または第２実施形態の燃料電池システム１００の動作と同様であってもよい。
【０１１９】
以上のとおり、本実施形態の燃料電池システム１００は、冷却水経路１４の温度が所定温度以下となった場合、冷却水供給器１５を動作させて、冷却水経路１４内を冷却水が流通する状態が形成される。すると、冷却水経路１４の凍結防止を行うことができる。このとき、冷却水経路１４から水素ガス供給経路２へ加湿器１６を通じて水分が移動（透過）する可能性がある。例えば、冷却水経路１４内を冷却水が流通する状態では、加湿器１６において、冷却水経路１４の水蒸気分圧（水の蒸気圧）と水素ガス供給経路２の水蒸気分圧との差が発生しやすいので、冷却水経路１４から水素ガス供給経路２へ加湿器１６を通じて水分が移動しやすくなる。そこで、本実施形態の燃料電池システム１００では、アノードオフガス排出弁４を開放するとともに、アノードオフガス循環器１３が動作することで、上記の加湿器１６を透過した水分が、アノードオフガス排出弁４を通じて外部へ排出されるので、アノードオフガス排出弁４の凍結を適切に予防し得る。また、水凍結による体積膨張で水素ガス供給経路２の凍結破損が起きる可能性を低減できる。
【０１２０】
また、本実施形態の燃料電池システム１００は、仮に冷却水経路１４の温度が所定温度を超える場合でも、水素ガス供給経路２、燃料電池１のアノード、アノードオフガス排出経路３、アノードオフガス排出弁４およびアノードオフガス循環経路１２のいずれかの温度が所定温度以下となった場合、アノードオフガス排出弁４を開放するとともに、アノードオフガス循環器１３が動作することで、上記の部分で発生した凝縮水が、アノードオフガス排出弁４を通じて外部へ排出される。よって、アノードオフガス排出弁４の凍結を適切に予防し得るとともに、凝縮水凍結による体積膨張で水素ガス供給経路２、燃料電池１のアノード、アノードオフガス排出経路３およびアノードオフガス循環経路１２の凍結破損が起きる可能性を低減できる。
【０１２１】
なお、第１実施形態、第１実施形態の変形例、第２実施形態および第３実施形態は、互いに相手を排除しない限り、互いに組み合わせてもよい。例えば、リサイクル方式の燃料電池システム１００は、図４および図６の如く、気液分離槽１１を備えてもよいし、図示を省略するが、リサイクル方式の燃料電池システムは、気液分離槽を備えてなくてもよい。
【０１２２】
また、上記の説明から、当業者にとっては、本開示の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本開示を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本開示の精神を逸脱することなく、その構造および／または機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
本開示の一態様は、パージ機能と排水機能とを備えるアノードオフガス排出弁の凍結を適切に予防し得る燃料電池システムに利用することができる。
【符号の説明】
【０１２４】
１        ：燃料電池
２        ：水素ガス供給経路
３        ：アノードオフガス排出経路
４        ：アノードオフガス排出弁
６        ：酸化剤ガス供給器
８        ：制御器
９        ：水素ガス供給弁
１０      ：第１温度検知器
１１      ：気液分離槽
１２      ：アノードオフガス循環経路
１３      ：アノードオフガス循環器
１４      ：冷却水経路
１５      ：冷却水供給器
１６      ：加湿器
１７      ：第２温度検知器
１００    ：燃料電池システム
１００Ａ  ：筐体
【図１】
2018181839.tif 000003
【図２】
2018181839.tif 000004
【図３】
2018181839.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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