(57)【要約】【課題】この発明は燃料電池システムに関し、水素ガスの排出を少なく抑えつつ、燃料電池内部の不純物を排出しやすいことを目的とする。【解決手段】本発明は、燃料電池１０を備える。燃料電池のアノードガスを排出する管路１８を備える。管路１８に備えられ、燃料電池１０内部に圧力変動を起こす第１の流量でアノードガスを排出する大流量バルブ２４を備える。管路１８に備えられ、第１の流量より少ない第２の流量でアノードガスを排出する小流量バルブ３２を備える。大流量バルブ２４と小流量バルブ３２とを切り替える切り替え手段を備える。【選択図】図１
2008078101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
燃料電池のアノードガスを排出する管路と、
前記管路に備えられ、前記燃料電池内部に圧力変動を起こす第１の流量でアノードガスを排出する第１流通手段と、
前記管路に備えられ、第１の流量より少ない第２の流量でアノードガスを排出する第２流通手段と、
前記第１流通手段と前記第２流通手段とを切り替える切り替え手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムであって、
前記第１の流量でガス流通を行う第１バルブと、
前記第２の流量でガス流通を行う第２バルブとを備え、
前記第１流通手段は第１バルブを含み、
前記第２流通手段は第２バルブを含むことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１記載の燃料電池システムであって、
前記第１の流量でガス流通を行う第１バルブを備え、
前記第１流通手段は前記第１バルブと前記第１バルブを連続的に流通させる手段を含み、
前記第２流通手段は前記第１バルブと前記第１バルブを断続的に流通させる手段を含むことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１−３のいずれか１項記載の燃料電池システムであって、
前記第１の流量は、前記燃料電池内部の液体状の不純物に初動を与える圧力変動を起こす流量であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１−４のいずれか１項記載の燃料電池システムであって、
前記第２の流量は、前記燃料電池内部の主に気体状の不純物を排出させる流量であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１−５のいずれか１項記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池の発電を検出する発電検出手段をさらに備え、
前記切り替え手段は、前記燃料電池の発電の増加を検出したとき、第１流通手段に切り替えること含むことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項１−６のいずれか１項記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池の起動を検出する起動検出手段をさらに備え、
前記切り替え手段は、前記燃料電池の起動を検出したとき、前記第１流通手段に切り替えることを含む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】
この発明は、燃料電池システムに係り、特に車両の搭載に適した燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開２００５−２４３４７７号公報に開示されるように、アノードガスを内部に留める型の燃料電池システムが開示されている。アノードガスの主成分は水素ガスである。燃料電池の動作の際、カソードガスとアノードガスが供給され、電池の発電に伴い、カソード側で水が生成される。カソード側の水の一部は、アノード側へ浸透する。さらに、カソードガスに含まれる窒素などのガスの一部は、燃料電池のアノード側へ浸透する。アノードガスを内部に留める型の燃料電池システムでは、燃料電池の稼動時間の経過と共に、水や窒素などの不純物が燃料電池のアノード側に溜まり易い。燃料電池内部に不純物が多いと、電池の動作が妨げられ、電池の性能が低下してしまう。そこで、上記従来の技術では、燃料電池内部の不純物濃度が上昇した際に、燃料電池の不純物を含むアノードガスの一時的な排出を行っていた。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２４３４７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、アノードガスには水素ガスを含むため、アノードガスの排出を多量に行うことはできない。よって、上記従来の燃料電池システムでは、燃料電池内部に不純物が残ってしまうおそれがあった。
【０００５】
よって、この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、水素ガスの排出を少なく抑えつつ、燃料電池内部の不純物を排出しやすい燃料電池システム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】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池システムであって、燃料電池と、燃料電池のアノードガスを排出する管路と、前記管路に備えられ、前記燃料電池内部に圧力変動を起こす第１の流量でアノードガスを排出する第１流通手段と、前記管路に備えられ、第１の流量より少ない第２の流量でアノードガスを排出する第２流通手段と、前記第１流通手段と前記第２流通手段とを切り替える切り替え手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、前記第１の流量でガス流通を行う第１バルブと、前記第２の流量でガス流通を行う第２バルブとを備え、前記第１流通手段は第１バルブを含み、前記第２流通手段は第２バルブを含むことを特徴とする。
【０００８】
第３の発明は、第１の発明において、前記第１の流量でガス流通を行う第１バルブを備え、前記第１流通手段は前記第１バルブと前記第１バルブを連続的に流通させる手段を含み、前記第２流通手段は前記第１バルブと前記第１バルブを断続的に流通させる手段を含むことを特徴とする。
【０００９】
第４の発明は、第１−３の発明のうちのいずれか１つに記載の燃料電池システムであって、前記第１の流量は、前記燃料電池内部の液体状の不純物に初動を与える圧力変動を起こす流量であることを特徴とする。
【００１０】
第５の発明は、第１−４の発明のうちのいずれか１つに記載の燃料電池システムであって、前記第２の流量は、前記燃料電池内部の主に気体状の不純物を排出させる流量であることを特徴とする。
【００１１】
第６の発明は、第１−５のいずれか１つに記載の燃料電池システムであって、前記燃料電池の発電を検出する発電検出手段をさらに備え、前記切り替え手段は、前記燃料電池の発電の増加を検出したとき、第１流通手段に切り替えること含むことを特徴とする。
【００１２】
第７の発明は、第１−６のいずれか１つに記載の燃料電池システムであって、前記燃料電池の起動を検出する起動検出手段をさらに備え、前記切り替え手段は、前記燃料電池の起動を検出したとき、前記第１流通手段に切り替えることを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、燃料電池内部に圧力変動を与え、不純物を排出されやすくする。そして、第１の流量より少ない第２の流量での排出に切り替えても、燃料電池内部の不純物を十分に排出することができる。さらには、第２の流量の排出では、第１流量より少ない流量で排出することから、水素ガスの排出を抑えることができる。したがって、本発明によれば、水素ガスの排出を少なく抑えつつ、燃料電池内部の不純物を適度に排出することできる。
【００１４】
第２の発明によれば、第１バルブで圧力変動を生じさせる排出を行う。そして、第２バルブで、アノードガスの流出を少なく抑えた不純物の排出を行う。
【００１５】
第３の発明によれば、第１バルブを連続的に流通させることで、第１の流量での排出を行う。さらには、第１バルブを断続的に流通させることで、第２の流量での排出を行う。本発明では、第１の流量と第２の流量での排出を、単一のバルブを用いて行うことができる。
【００１６】
第４の発明によれば、第１の流量での排出では、燃料電池内部の液体の不純物に初動を与える。液体の不純物は、燃料電池内部に滞留しやすいため、燃料電池の電池性能を妨げやすい。よって、本発明によれば、液体の不純物に初動を与える流量での排出を行うことで、液体の不純物を排出しやすくする。さらには、初動を与えられた液体の不純物は、第２の流量での排出でも、十分に排出できる。したがって、本発明によれば、燃料電池内部の不純物をより多く排出できる。
【００１７】
第５の発明によれば、第２の流量は、燃料電池内部の主に気体状の不純物の排出を行う流量である。第２の流量で気体状の不純物を排出することで、燃料電池内部の不純物を少なくできる。
【００１８】
第６の発明によれば、燃料電池の発電量が増加した際には、アノードガスの排出を行い、燃料電池内部に圧力変動を与え、不純物を排出しやすくする。燃料電池の発電量が増加するときには、燃料電池の性能の向上が特に求められる。このとき、本発明によれば、燃料電池の発電量の増加を検知したときに、効果的に不純物の排出を行い、燃料電池の電池性能を向上することができる。
【００１９】
第７の発明によれば、燃料電池の起動時には、アノードガスの排出を行い、燃料電池内部に圧力変動を与え、不純物を排出しやすくする。燃料電池の起動時には、燃料電池内部に不純物が溜まりやすい。本発明によれば、燃料電池の起動時に不純物を排出することによって、燃料電池の電池性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
実施の形態１．
[実施の形態１の構成]
図１は本発明の実施の形態１の燃料電池システムの構成を説明するための図である。実施の形態１の燃料電池システムは、燃料電池１０を備える。燃料電池１０は、カソードガスを供給する管路１２と、カソードガスを排出する管路１４を備える。燃料電池１０は、アノードガスを供給する管路１６と、燃料電池から外部へアノードガスを排出する管路１８を備える。また、燃料電池１０は電流センサ１９を備える。電流センサ１９は燃料電池１０の電流を測定する。電流センサ１９はＥＣＵ２２と接続され、電流センサ１９で測定された電流はＥＣＵ２２に送信される。
【００２１】
燃料電池１０から外部への管路１８には、圧力センサ２０が備えられる。圧力センサ２０は、管路１８内のガスの圧力を測定する。また、圧力センサ２０はＥＣＵ２２と接続され、圧力センサ２０で測定された圧力はＥＣＵ２２に送信される。燃料電池から外部への管路１８は、大流量バルブ２４を介し、燃料電池システム外部への管路２８に接続される。大流量バルブ２４は、燃料電池から外部へアノードガスを排出する管路１８から燃料電池システム外部への管路２８へと、ガスを流通させる。大流量バルブ２４は、ＥＣＵ２２と接続され、ＥＣＵ２２からの信号に従い、開閉することができる。また、管路１８と燃料電池システム外部への管路２８とを結ぶように、管路３０が備えられる。管路３０には、小流量バルブ３２が備えられる。小流量バルブ３２は、管路３０内にガスを流通させる。小流量バルブ３２は、ＥＣＵ２２と接続され、ＥＣＵからの信号に伴い、開閉することができる。
【００２２】
[実施の形態１の作用]
燃料電池１０の動作の際に、カソードガスとして空気が管路１２から供給され、アノードガスとして水素ガスが管路１６から燃料電池１０に供給される。燃料電池１０内部では、カソードガスとアノードガスの供給に伴い、発電反応が行われる。この発電反応に伴い、燃料電池１０のカソード側で水が生成される。カソード側で生成された水の一部は、アノード側へ移動し、主に液体状の不純物として滞留する。さらに、カソードガスである空気の一部は、カソード側からアノード側に透過し、気体状の不純物として滞留する。また、燃料電池１０のアノード側には、まだ発電反応に用いられていない水素ガスが存在している。したがって、燃料電池１０のアノード側には、水並びに窒素などの不純物と水素ガスを含むアノードガスが存在している。
【００２３】
アノードガス中に存在する気体状の不純物は、例えば、燃料電池１０から少量のアノードガス排出を行うことで、燃料電池１０外部に排出することができる。しかし、液体状の不純物は、アノードガスの流れが少ないと、燃料電池１０内部に留まったままである。よって、少量の排出では、液体の不純物をうまく排出することができない。そこで、液体や気体にかかわらず、アノードガス中の不純物を適切に除去するために、以下のような動作を行う。
【００２４】
図２は実施の形態１で行われる特徴的な動作を説明する図である。図２（Ａ）は、燃料電池１０から排出される水素流量の時間変化をあらわす。図２（Ｂ）は、圧力センサ２０で測定したガス圧力の時間変化をあらわす。図２（Ｃ）は、大流量バルブ２４を流れるガス流量の時間変化をあらわす。図２（Ｄ）は、小流量バルブ３２を流れるガス流量の時間変化をあらわす。
【００２５】
時刻ｔ１から時刻ｔ２まで、大流量バルブ２４が開弁し、小流量バルブ３２は閉弁している。大流量バルブ２４が開弁すると、管路１８付近に存在するガスは、燃料電池システム外部に排出される。ここで、このときの単位時間あたりに大流量バルブ２４を流れるガスの流量を第１の流量とする。このとき、図２（Ｂ）で示されるように、管路１８でのガスの圧力は急激に減少する。管路１８での圧力が急激に低下すると、燃料電池１０内部にガス大きな圧力変動が生じる。そして、この際、燃料電池１０はアノードガスの供給を受け続けているので、燃料電池１０内部にアノードガスの急激な流れが起こる。このアノードガスの流れにより、燃料電池１０内部に滞留している液体状の不純物は初動を生ずる。初動を生じた液体状の不純物は、燃料電池１０内部を移動しやすい。よって、液体状の不純物は、排出されるアノードガスの流れに伴い、燃料電池システム外部へ排出される。このとき、燃料電池１０に存在する気体状の不純物は、排出されるアノードガスの流れに伴い、燃料電池システム外部に排出される。
【００２６】
時刻ｔ２以降、大流量バルブ２４は閉弁し、小流量バルブ３２が開弁している。小流量バルブ３２が開弁すると、燃料電池１０内部のアノードガスは、単位時間あたり第２の流量で、燃料電池システム外部に排出される。第２の流量は、第１の流量より少ない流量である。大流量バルブ２４での排出により初動を生じた液体の不純物は、小流量バルブ３２の排出でも、燃料電池１０外部に排出される。小流量バルブ３２の開弁中には、燃料電池１０内部の気体状の不純物も、十分に排出されている。また、第２の流量での排出は少ないので、燃料電池システム外部に排出される水素ガスは少なく抑えられる。
【００２７】
[実施の形態１の効果]
上述のとおり、燃料電池１０内部の液体状の不純物は、大流量バルブ２４での排出によって、初動を生ずる。初動を生じた液体状の不純物は、燃料電池１０内部を動きやすい。よって、大流量バルブ２４から小流量バルブ３２での排出に切り替えても、液体の不純物を十分に排出することができる。
【００２８】
上述のとおり、小流量バルブ３２は、十分に少ない流量での排出である。小流量バルブ３２の開弁中は、気体の不純物は排出され続ける。このとき。燃料電池システム外部に排出される水素ガスは十分に少ない。よって、小流量バルブ３２での開弁を続ければ、水素ガスの排出を抑えつつ、燃料電池１０内部の不純物を少なくすることができる。
【００２９】
なお、第１の流量は、燃料電池１０内部の液体状の不純物に初動を生じさせるための圧力変動を与える流量である。一般的な燃料電池の場合、第１の流量は２００Ｌ/分程度である。なお、第２の流量は、十分に少なく、燃料電池１０内部に滞留する主に気体状の不純物を燃料電池システム外部に排出する流量である。一般的な燃料電池の場合、第２の流量は第１の流量の１/１００−１/１０程度である。
【００３０】
[実施の形態１の具体的処理]
図３は実施の形態１のＥＣＵ２２での処理をあらわすフローチャートである。図３のフローチャートは、燃料電池の運転開始とともに実行される。まず、小流量バルブ３２を閉じる（ステップ１００）。ここでは、小流量バルブ３２は閉じられ、第２の流量でのガス排出を止める。続いて、大流量バルブ２４を開け、第１の流量での排出を行う（ステップ１０２）。ここでは、第１の流量は、液体の不純物に初動を与えて排出しやすくする流量である。
【００３１】
そして、圧力センサ２０で測定された圧力Ｐを読み込む（ステップ１０４）。圧力センサ２０は、燃料電池１０から外部への管路１８でのガスの圧力を測定する。ここでは、ＥＣＵ２２は、圧力センサ２０で測定された管路１８での圧力Ｐを取得する。そして、圧力Ｐとあらかじめ設定された基準値とを比較する（ステップ１０６）。燃料電池１０内部に十分な圧力変動を与えれば、液体の不純物に初動を与えることで、液体の不純物を排出しやすくできる。ここで、燃料電池１０の下流側に備えられた圧力センサ２０での圧力が変動すれば、燃料電池１０内部に圧力変動が生じていると考える。圧力Ｐが基準値以上である場合、燃料電池１０内部に十分な圧力変動が与えられていないため、大流量バルブ２４を開いたままにしておく。そして、圧力Ｐが基準値より小さくなった場合、燃料電池１０内部に十分な圧力変動が与えられたと考え、大流量バルブ２４を閉じる（ステップ１０８）。なお、ここでは、圧力が低下した後すぐに大流量バルブ２４を閉じているが、圧力が基準値より小さくなった後さらに一定時間にわたり、大流量バルブ２４を開くように処理を行っても良い。
【００３２】
次に、小流量バルブ３２を開け、第２の流量での排出を開始する（ステップ１１０）。このとき、液体の不純物には初動が与えられているため、液体の不純物とともに気体状の不純物を排出する。さらに、水素ガスの排出を十分低く抑えている。小流量バルブ３２での開時間Ｔが、時間Ｔ２となるか否か比較する（ステップ１１２）。小流量バルブ３２での開時間Ｔが時間Ｔ２より短ければ、小流量バルブ３２を開け続ける。小流量バルブ３２での開時間Ｔが時間Ｔ２以上となったとき、燃料電池１０の運転終了か否か判断する（ステップ１１３）。燃料電池１０の運転終了でない場合、燃料電池１０の運転に伴って不純物の排出を行うために、ステップ１００に戻って以降の処理が実行される。これより、小流量バルブ３２の流量では排出できなかった液体の不純物は、大流量バルブ２４での排出により初動を与えられ、排出されやすくなる。燃料電池１０の運転終了である場合、本ルーチンを終了する。
【００３３】
以上の具体的処理を周期的に行うことによって、圧力センサ２０での測定値を基準値と比較し、比較結果により大流量バルブ２４を閉めることより、大流量バルブ２４の開いている時間を適当に調節することができる。したがって、大流量バルブ２４での排出を過不足ない分量で行い、大流量バルブ２４での不必要な水素ガスの排出を抑えることができる。  
【００３４】
なお、小流量バルブ３２の開いている時間Ｔ２は、一般的な燃料電池の場合、１０分から１時間までの範囲が考えられ、より好適には３０分程度である。
【００３５】
なお、ステップ１０６で用いた基準値は、あらかじめ設定された基準値を用いたが、これに限られるものではない。１例として、圧力センサ２０で測定された過去の圧力の変化から基準値を設定してもよい。
【００３６】
[実施の形態１の具体的処理の変形例１]
図４は実施の形態１の具体的処理の変形例をあらわすフローチャートである。図４のフローチャートは、ステップ１０４とステップ１０６がステップ１１４に置換されている点を除いて、図３のフローチャートと同様である。図４において図３に示すステップと同じ部分は、同じ符号を用い、詳細な説明を省略する。
【００３７】
図４に示すルーチンでは、ステップ１０２に続いて、大流量バルブ２４の開時間Ｔ´が時間Ｔ１となるか否か比較する（ステップ１１４）。時間Ｔ１は、あらかじめ設定された時間であり、水素ガスの排出を抑えつつ、液体の不純物に十分な初動を与える排出を行うための時間である。ステップ１１４において、開時間Ｔ´が時間Ｔ１に満たない場合、液体の不純物に十分な初動が与えられていないと判断し、大流量バルブ２４を開け続ける。開時間Ｔ´が時間Ｔ１以上となった場合、液体の不純物に十分な初動が与えられたと判断し、大流量バルブ２４を閉じる。よって、図４に示すルーチンを行う場合、実施の形態１の構成において圧力センサ２０を備えずとも、燃料電池１０内部の不純物を十分に排出し、かつ水素ガスの排出を抑えることができる。なお、大流量バルブの開時間Ｔ１は、一般的な燃料電池の場合、１秒程度が好ましい。
【００３８】
[実施の形態１の具体的処理の変形例２]
図５は実施の形態１の具体的処理の変形例をあらわすフローチャートである。図５のフローチャートは、ステップ１１２がステップ１１６に置換されている点を除いて、図３のフローチャートと同様である。図５において図３に示すステップと同じ部分は、同じ符号を用い、詳細な説明を省略する。
【００３９】
図５に示すルーチンでは、ステップ１１０に続いて、燃料電池１０内部での不純物が多いか否かを判定する（ステップ１１６）。ここでは、不純物の測定は、電流センサ１９での出力電流Ｉを測定する。燃料電池１０内部の不純物が多いと、燃料電池の発電性能が妨げられる。このとき、発電量が負荷により一定で電圧が小さく、出力電流Ｉが大きい。出力電流Ｉの変化から、不純物の多さを推定することが可能である。ステップ１１６では、より具体的には、出力電流Ｉがあらかじめ設定された基準値より大きいか否かが判断される。ステップ１１６で、出力電流Ｉが基準値より大きくない場合、不純物が多くないと判断できる。このとき、小流量バルブ３２を開けたままとする。ステップ１１６で、出力電流Ｉが基準値より大きい場合、不純物が多いと判断される。このとき、ステップ１００に戻り小流量バルブ３２を閉じ、大流量バルブ２４を開けて、より多くの不純物を排出する。以上の処理により、大流量バルブ２４での排出開始の時期を適当に調節することができる。
【００４０】
なお、ステップ１１６において、燃料電池１０内部での不純物が多いか否かの判断は、出力電流Ｉの測定を用いて行ったが、これに限られるものではない。例えば、燃料電池１０の起電力やインピーダンスの測定を用いて不純物の多少を判断してもよい。また、燃料電池がセルのスタック構造を有する場合には、セル毎の起電力や出力電流Ｉやインピーダンスの分布から、不純物の多少を判断してもよい。さらには、セル毎の起電力や出力電流Ｉやインピーダンスの時間変化の分布を用いて行ってもよい。または、不純物そのものの濃度の測定を用いて行ってもよい。
【００４１】
なお、実施の形態１の燃料電池システムは、アノードガスを少量ずつ排出し続ける燃料電池システムである。しかしながら、本発明の対象とするシステムは、アノードガスを循環させない燃料電池であれば、これに限られるものではない。例えば、アノードガスを内部に留める型の燃料電池システムに用いてもよい。このときの本発明の具体的な動作は、第１の流量での排出と第２の流量での排出と無排出とを切り替えて行う。より具体的には、第２の流量での排出を止め、無排出を一定期間行った後に、第１の流量での排出を行う。アノードガスの無排出時には排出時と比べ、燃料電池１０内部の圧力は高い。無排出期間を設けることで、燃料電池１０内部の圧力を高めることができる。よって、無排出期間の後に第１の流量での排出を行うことより、燃料電池１０内部に多くの圧力変動を与えることができる。
【００４２】
なお、本実施の形態１では、燃料電池は、水素ガスと空気ガスを燃料とする燃料電池を用いたが、これに限られるものではない。例えば、燃料電池は、メタノール直接型燃料電池（Direct Methanol Fuel Cell）を用いることができる。このとき、アノードガスとしてメタノール溶液を用い、カソードガスとして、空気（酸素ガス）を用いる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、水素ガスがアノードガスの燃料成分に相当する。たとえば、燃料電池としてメタノール直接型燃料電池を用いる場合、メタノールがアノードガスの燃料成分である。
【００４４】
実施の形態２．
図６は実施の形態２の燃料電池システムの構成を説明するための図である。図６の実施の形態２の燃料電池システムの構成は、管路１８の下流側を除いて、図１と同様である。図６において図１と同じ部分には、同じ符号を用い、詳細な説明を省略する。
【００４５】
燃料電池１０から外部への管路１８は、大流量バルブ２４を備える。大流量バルブ２４は、管路３３を介し、可変流量調節弁３４結ばれる。可変流量調節弁３４は、燃料電池システム外部への管路２８と接続される。可変流量調節弁３４は、管路３３と燃料電池システム外部への管路２８との間を流通するガスの流量を、所定の流量に調節する。可変流量調節弁３４はＥＣＵ２２と接続される。可変流量調節弁３４は、ＥＣＵ２２からの信号に従って、ガスの流量を変化させることができる。
【００４６】
図７は実施の形態２の具体的処理を説明するためのフローをあらわす図である。実施の形態２の具体的処理は、ステップ１００と１０２をステップ１１８に、ステップ１０８と１１０をステップ１２０に置き換える点を除いて、図３と同様である。ステップ１１８では、大流量バルブ２４を開き、可変流量調節弁３４でのガス流量を第１の流量とし、第１の流量での排出を行う。このとき、第１の流量での排出より、燃料電池１０内部の液体状の不純物に初動が与えられる。ステップ１２０では、大流量バルブ２４を開き、可変流量調節弁３４でのガス流量を第２の流量とし、第２の流量での排出を行う。このとき、第２の流量での排出より、初動を与えられた液体状の不純物とともに、気体状の不純物を排出する。以上の具体的処理により、可変流量調節弁３４でのガス流量を調節することによって、燃料電池１０内部の不純物を効果的に排出することができる。
【００４７】
図８は実施の形態２で行われる特徴的な動作を説明する図である。図８（Ａ）は、燃料電池１０から排出される水素流量の時間変化をあらわす。図８（Ｂ）は、圧力センサ２０で測定したガス圧力の時間変化をあらわす。図８（Ｃ）は、可変流量調節弁３４を流通するガス流量の時間変化をあらわす。まず、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間は、可変流量調節弁３４を流通するガス流量は第１の流量であり、第１の流量でのアノードガスの排出が行われる。このとき、燃料電池１０内部の圧力は急激に低下し、燃料電池１０内部に圧力変動が生じる。そして、時刻０から時刻ｔ１までと時刻ｔ２以降において、可変流量調節弁３４でのガス流量は第２の流量である。このとき、燃料電池１０から第２の流量での排出が行われる。このとき、初動を与えられた液体の不純物とともに、気体の不純物の排出が行われる。
【００４８】
なお、実施の形態２のシステムでは、燃料電池から外部への管路１８に備えられた大流量バルブ２４を閉弁すると、燃料電池１０から外部へアノードガスは排出されない。ただし、本発明の構成はこれに限られるものでなく、アノードガスの排出が不要の場合、大流量バルブ２４を備えなくてもよい。
【００４９】
実施の形態３．
実施の形態３の燃料電池システムについて説明する。実施の形態３の燃料電池システムは、小流量バルブ３２と管路３０を備えないという点を除いて、実施の形態１の燃料電池システムと同様である。実施の形態３において実施の形態１と同じ部分は、同じ符号を用い、詳細な説明を省略する。
【００５０】
実施の形態３では、大流量バルブ２４を連続的に開けると、第１の流量での排出が行われる。そして、大流量バルブ２４を断続的に開けると、第２の流量での排出が行われ、水素ガスの排出をより抑えた排出が実現される。これらより、単一のバルブを用いて、第１と第２の流量での排出を行い、不純物を排出することができる。
【００５１】
図９は実施の形態３の具体的処理を説明するためのフローをあらわす図である。実施の形態３の具体的処理は、ステップ１００と１０２をステップ１２２に、ステップ１０８と１１０をステップ１２４に置き換える点を除いて、図３と同様である。本実施の形態では、大流量バルブ２４を連続的に開いて、第１の流量での排出を行う（ステップ１２２）。このとき、燃料電池１０内部の液体の不純物は、圧力変動を与えられ、初動を生じる。そして、ステップ１０６で圧力変動の発生が認められたら、大流量バルブ２４を断続的に開いて、単位時間あたり第２の流量での排出を行う（ステップ１２４）。ここでは、大流量バルブ２４の短時間の開閉を繰り返す。大流量バルブ２４が開いているときは、第１の流量での排出が行われる。そこで、大流量バルブ２４の開閉を所定の割合で繰り返すと、単位時間あたり平均して第２の流量での排出が実現される。
【００５２】
図１０は実施の形態３の特徴的な動作を説明するための図である。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、大流量バルブ２４を連続的に開くと、単位時間あたり第１の流量での燃料電池１０からの排出が行われる。時刻０から時刻ｔ１までと時刻ｔ２以降には、大流量バルブ２４を断続的に開くことによって、第２の流量でのアノードガスの排出が行われる。
【００５３】
実施の形態４．
実施の形態４の燃料電池システムについて説明する。実施の形態４の構成は、図１と同様である。図１１は実施の形態４の具体的処理を説明するためのフローチャートである。図１１のフローチャートにおいて、図３，４と同じ部分には、同じ符号を用い、詳細な説明を省略する。図１１に示すフローチャートは、実施の形態１から３に示すフローチャートと同時に用いることができる。まず、出力電流Ｉを読み込む（ステップ１２６）。ここでは、電流センサ１９で測定された出力電流Ｉを取得する。次に、出力電流Ｉの微分値が基準値より大きいか否かを比較する（ステップ１２８）。ここで、基準値はあらかじめ設定された所定の値を用いる。燃料電池システムの動作中、発電量が急激に増加する場合がある。このとき、発電量の増加に対応するため、電池性能を上昇させる必要がある。燃料電池１０内部の不純物を少なくすると、その分電池性能が上昇する。そこで、出力電流Ｉの微分値が基準値より大きければ、発電量が急激に増加したと判断し、大流量バルブ２４を開弁し、時間Ｔ１のあいだ第１の流量での排出を行う（ステップ１０２、１１４）。出力電流Ｉの微分値が基準値より小さければ、発電量がそれほど増加していないと判断し、通常の動作を続行する（ステップ１３０）。ここで、通常の動作は、周期的に行われている実施の形態１のフローチャート（図３）である。以上のステップを所定の間隔ごとに周期的に行うことで、発電量の急激な増加時に効果的に不純物を排出し、電池性能を上昇させることができる。
【００５４】
なお、ステップ１１４において、大流量バルブ２４の開いている時間は時間Ｔ１としたが、これに限られるものではない。例えば、大流量バルブ２４の開いている時間は、通常の動作での開時間Ｔ１より長い所定の時間としてもよい。このとき、大流量バルブ２４の開いている時間が長いと、排出する不純物の量は多くなる。不純物をより多く排出すると、燃料電池１０の電池性能をより向上させることができる。例えば、大流量バルブ２４の開いている時間は、圧力センサ２０で測定された圧力が十分小さくなるまでのあいだとしてもよい。また、大流量バルブ２４の開いている時間は、十分な圧力変動を与えた後さらに一定時間としてもよい。
【００５５】
なお、ステップ１３０において、通常の動作は、実施の形態１の具体的処理を用いたが、これに限られるものではない。例えば、実施の形態１−３に挙げられる具体的処理を用いてもよい。これにかかわらず、大流量バルブ２４と小流量バルブ３２の切り替えを行う排出であればよい。
【００５６】
なお、本実施の形態では、発電量の増加の判断は、出力電流Ｉの測定を用いて行っているが、これに限られるものではない。発電量の変化が検知できるものであればよい。例えば、起電力の測定や発電量そのものの測定を用いて、発電量の増加を判断してもよい。
【００５７】
実施の形態５．
実施の形態５の燃料電池システムについて説明する。実施の形態５の構成は図３と同様である。図１２は実施の形態５の具体的処理を説明するためのフローチャートである。図１２のフローチャートは、ステップ１２６とステップ１２７がステップ１３２に置き換わっている点を除いて、図１１のフローチャートと同様である。図１２のフローチャートにおいて図１１と同じ部分には、同じ符号を用い、詳細な説明は省略する。図１２に示すフローチャートは、実施の形態１から４に示すフローチャートと同時に用いることができる。図１２に示すフローチャートでは、まず、燃料電池１０の始動時か否かを判断する（ステップ１３２）。ここで、燃料電池１０の起動時での電池内部の温度は、燃料電池１０の動作中に比べ、低くなっている。このとき燃料電池１０内部の水は、主に液体状として存在する。液体状の水は、燃料電池１０内部に滞留しやすい。液体状の水が多いと、電池性能が下がってしまう。ステップ１３２では、より具体的には、電流センサ１９での出力電流Ｉを取得し、出力電流Ｉが立ち上がりであるか否かが判断される。出力電流が出力０からの立ち上がりであると判断された場合には、燃料電池１０の起動時と考えられる。このとき、大流量バルブ２４を開けて第１の流量でガスを排出する（ステップ１０２）。また出力電流Ｉが立ち上がりでないと判断された場合には、燃料電池１０の起動時でないと考え、通常の動作を行う（ステップ１３０）。ここで、通常の動作は、周期的に行われている実施の形態１のフローチャート（図３）である。以上の具体的処理を周期的に行うことにより、燃料電池１０の起動時に、効果的に不純物を排出することができる。
【００５８】
なお、本実施の形態では、燃料電池１０の起動時の検知は、出力電流Ｉの測定を用いて行っている。これに限られるものではなく、燃料電池１０の起動を検知できるものであればよい。例えば、発電量の測定を用いて燃料電池１０の起動を検知してもよい。車載の燃料電池の場合、イグニッションスイッチを用いて燃料電池の起動を検知してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１は本発明の実施の形態１の燃料電池システムの構成を説明するための図である。
【図２】図２は実施の形態１で行われる特徴的な動作を説明する図である。
【図３】図３は実施の形態１のＥＣＵ２２での処理をあらわすフローチャートである。
【図４】図４は実施の形態１の具体的処理の変形例をあらわすフローチャートである。
【図５】図５は実施の形態１の具体的処理の変形例をあらわすフローチャートである。
【図６】図６は実施の形態２の燃料電池システムの構成を説明するための図である。
【図７】図７は実施の形態２の具体的処理を説明するためのフローをあらわす図である。
【図８】図８は実施の形態２で行われる特徴的な動作を説明する図である。
【図９】図９は実施の形態３の具体的処理を説明するためのフローをあらわす図である。
【図１０】図１０は実施の形態３の特徴的な動作を説明するための図である。
【図１１】図１１は実施の形態４の具体的処理を説明するためのフローチャートである。
【図１２】図１２は実施の形態５の具体的処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００６０】
１０          燃料電池
１８          燃料電池から外部へアノードガスを排出する管路
１９          電流センサ
２０          圧力センサ
２４          大流量バルブ
３２          小流量バルブ
【図１】
2008078101.tif 000003
【図２】
2008078101.tif 000004
【図３】
2008078101.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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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