(57)【要約】【課題】発電を停止することなく燃料極をＣＯ被毒から確実に回復させることがきる燃料電池システムを提供する。【解決手段】酸化剤極３７ａの入口通路に酸化剤取り出し口５０と、燃料極３７ｂの入口通路に酸化剤導入口５１とを設け、酸化剤取り出し口５０と酸化剤導入口５１を酸化剤供給配管５２で連通するとともに、酸化剤供給配管５２を開閉するエアブリード弁３６を備える。コントロールユニット４８は、燃料電池の電圧電流に基づいてＣＯ被毒解除の要否を判定し、ＣＯ被毒解除のためにエアブリードする際に、酸化剤取り出し口５０の圧力が酸化剤導入口５１の圧力よりも低い場合は、酸化剤取り出し口５０の圧力を酸化剤導入口５１の圧力よりも高めてからエアブリード弁３６を開弁する。【選択図】      図１
2004241239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤極と燃料極を有する燃料電池と、
前記酸化剤極の入口通路に設けられる酸化剤取り出し口と、
前記燃料極の入口通路に設けられる酸化剤導入口と、
前記酸化剤取り出し口と前記酸化剤導入口を連通する酸化剤供給配管と、
該酸化剤供給配管を開閉する酸化剤供給弁とを備えた燃料電池システムにおいて、
前記燃料極へ酸化剤を供給する際に、前記酸化剤取り出し口の圧力が前記酸化剤導入口の圧力よりも低い場合は、前記酸化剤取り出し口の圧力を前記酸化剤導入口の圧力よりも高めてから前記酸化剤供給弁を開弁するように制御する制御手段を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記酸化剤取り出し口と燃料電池の酸化剤入口との間に圧力損失要素を備え、
前記制御手段は、前記燃料極へ酸化剤を供給する際に、前記酸化剤取り出し口の圧力が前記酸化剤導入口の圧力よりも低い場合は、前記圧力損失要素による圧力損失を増加させるように制御することにより、前記酸化剤取り出し口の圧力を前記酸化剤導入口の圧力よりも高く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】
前記圧力損失要素は開度を変更できる弁であり、
前記制御手段は、前記弁の開度を減少することにより圧力損失を増加させることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
酸化剤の流量を自在に変更可能な酸化剤供給手段を備え、
前記圧力損失要素は通過流体の流量によって圧力損失が変化する特性を備え、
前記制御手段は、圧力損失を増加させる場合は、前記酸化剤供給手段により通過流体の流量を増加することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記圧力損失要素とは、流路面積を変更可能な弁、流体音低減の為の消音器、流体温度調整のための熱交換器、流体の湿度調整装置、異物除去のためのフィルタのうち少なくとも１つを含んでなることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
燃料電池の酸化剤極の圧力を調整する酸化剤極圧力調整手段を備え、
前記制御手段は、燃料極へ酸化剤を供給する際に、酸化剤取り出し口の圧力が酸化剤導入口の圧力よりも低い場合は、前記酸化剤極圧力調整手段により、酸化剤取り出し口の圧力を酸化剤導入口の圧力よりも高くしてから前記酸化剤供給弁を開弁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７】
燃料電池の燃料極の圧力を調整する燃料極圧力調整手段を備え、
前記制御手段は、燃料極へ酸化剤を供給する際に、酸化剤取り出し口の圧力が酸化剤導入口の圧力よりも低い場合は、前記燃料極圧力調整手段により、酸化剤導入口の圧力を酸化剤取り出し口の圧力よりも低くしてから酸化剤供給弁を開弁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８】
燃料電池の状態に基づいてＣＯ被毒の程度を判定すると共に、ＣＯ被毒解除を要求するＣＯ解除要求手段を備え、
該ＣＯ被毒解除要求手段がＣＯ被毒解除を要求したときに、ＣＯ被毒の程度が低い場合に、酸化剤取り出し口の圧力が酸化剤導入口の圧力よりも低い場合は、酸化剤供給弁を開弁させないことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
システム内に保有する水量を検出する水量検出手段を備え、
該水量検出手段が検出した水量が所定値よりも多い場合に前記燃料極へ酸化剤を供給する場合は、酸化剤供給手段により圧力損失要素を通過する流体の流量を増量することで酸化剤取り出し口の圧力を酸化剤導入口の圧力よりも高くしてから酸化剤供給弁を開弁する一方、
前記水量検出手段が検出した水量が所定値よりも少ない場合に前記燃料極へ酸化剤を供給する場合は、酸化剤極圧力調整手段により、酸化剤取り出し口の圧力を酸化剤導入口の圧力よりも高くしてから、もしくは、燃料極圧力調整手段により、酸化剤導入口の圧力を酸化剤取り出し口の圧力よりも低くしてから酸化剤供給弁を開弁することを特徴とする請求項４乃至請求項８の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池システムに係り、特に一酸化炭素に被毒した燃料極を回復することができる燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、水素ガスなどの燃料ガスと酸素を有する酸化ガスとを電解質を介して電気化学的に反応させ、電解質両面に設けた電極間から電気エネルギを直接取り出すものである。特に固体高分子電解質を用いた固体高分子型燃料電池は、動作温度が低く、取り扱いが容易なことから電動車両用の電源として注目されている。すなわち、燃料電池車両は、高圧水素タンク、液体水素タンク、水素吸蔵合金タンクなどの水素貯蔵装置を車両に搭載し、そこから供給される水素と、酸素を含む空気とを燃料電池に送り込んで反応させ、燃料電池から取り出した電気エネルギで駆動輪につながるモータを駆動するものであり、排出物質は水だけであるという究極のクリーン車両である。
【０００３】
固体高分子型燃料電池においては、一定濃度を超える一酸化炭素（ＣＯ）を含む燃料ガスが供給された場合、アノード電極触媒の白金（Ｐｔ）が吸着するＣＯが増加し、触媒としての機能を失い、発電反応が行われなくなる。この状態はアノード電極触媒がＣＯ被毒した状態と呼ばれ、被毒からの回復動作を行わないと発電の継続が不可能となる。
【０００４】
ＣＯ被毒回復機能を備えた燃料電池システムとしては、例えば特許文献１記載の燃料電池システムが知られている。この技術によれば、燃料供給装置から送られた燃料は、ＣＯ濃度検出器および遮断弁を介して燃料供給ラインによって燃料電池のアノードへ送られる。また、酸化剤供給ラインと燃料供給ラインの間には仕切り弁を備えたバイパスラインが設けられている。ＣＯ濃度検出器により許容値以上のＣＯが検出された場合は、遮断弁を閉じてシステムを保護する。
【０００５】
さらに、上記従来例ではアノードのＣＯ被毒により燃料電池の性能が低下した場合は、仕切り弁を開弁して酸化剤供給ラインからバイパスラインおよび燃料供給ラインを通してアノードへ酸化剤を供給することにより、アノードに吸着されたＣＯを酸化除去することができる構成としている。
【０００６】
これにより、たとえアノード触媒が被毒してもアノード触媒を再生することが可能となるため、ＣＯ濃度検出器、遮断弁等の信頼性を低下してコストを削減してもシステムが成り立つことになり、システムのコストダウンがはかれる。
【０００７】
また、システムから電池本体を取り外さなくてもアノードを構成する白金の本来の触媒活性を取り戻して再生することができ、メンテナンス性に優れるという効果もある。
【０００８】
【特許文献１】
特開平６−２６０１９７号公報（第３頁、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例においては、アノードの運転圧力がカソードの運転圧力以上の場合は仕切り弁を開弁した場合、燃料がカソードに逆流するだけでアノードに酸化剤が流入しない為、アノード被毒から回復するためには、燃料電池の運転を中断する必要があるという問題点があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するため、酸化剤極と燃料極を有する燃料電池と、前記酸化剤極の入口通路に設けられる酸化剤取り出し口と、前記燃料極の入口通路に設けられる酸化剤導入口と、前記酸化剤取り出し口と前記酸化剤導入口を連通する酸化剤供給配管と、該酸化剤供給配管の途中に配設される酸化剤供給弁とを備えた燃料電池システムにおいて、前記燃料極へ酸化剤を供給する際に、前記酸化剤取り出し口の圧力が前記酸化剤導入口の圧力よりも低い場合は、前記酸化剤取り出し口の圧力を前記酸化剤導入口の圧力よりも高めてから前記酸化剤供給弁を開弁するように制御する制御手段を備えたことを要旨とする。
【００１１】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料極へ酸化剤を供給する際に、酸化剤取り出し口の圧力が酸化剤導入口の圧力よりも低い場合は、酸化剤取り出し口の圧力を酸化剤導入口の圧力よりも高めてから酸化剤供給弁を開弁するため、酸化剤は確実に燃料極へ流入し、燃料電池の運転を停止することなく燃料極をＣＯ被毒から回復させることができるという効果がある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明に係る燃料電池システムの第１実施形態の構成を説明するシステム構成図である。
【００１３】
図１において、燃料電池（燃料電池本体、燃料電池スタックとも呼ばれる）３７は、酸化剤ガスが供給される酸化剤極３７ａと燃料ガスが供給される燃料極３７ｂとを有する。
【００１４】
空気供給装置３０は、酸化剤ガスとして空気を供給する装置であり、コンプレッサやブロアなどを用いている。フィルタ３１は、空気中の異物や空気供給装置３０より排出されるオイルなどの燃料電池に流入するのが好ましくない物質を除去する。フィルタ３１で浄化された空気は、消音器３３で騒音が除去され、凝縮器４５からの水を用いて加湿器３４で加湿される。加湿された空気は、温度調整器３５で発電に適当な温度に調整されて、酸化剤極３７ａへ供給される。酸化剤極３７ａにおける圧力は、酸化剤極圧力センサ３８で検出される。
【００１５】
酸化剤極３７ａで酸素が消費された残りの空気は、凝縮器４５で水分が回収され、酸化剤極圧力調整バルブ４７を介して、外部へ放出される。
【００１６】
一方、燃料タンク４２は、燃料として高圧水素ガスを貯蔵している。燃料極圧力調整バルブ４１は、燃料タンク４２からの水素ガスの圧力を調整して、燃料極３７ｂへ供給する。燃料極３７ｂにおける圧力は、燃料極圧力センサ３９で検出される。
【００１７】
ここで、フィルタ３１と消音器３３との間の空気通路には、酸化剤取り出し口５０と、その圧力を検出する酸化剤取り出し口圧力センサ３２が設けられている。
【００１８】
また、燃料極圧力調整バルブ４１と燃料極３７ｂとの間には、酸化剤導入口５１と、その圧力を検出する酸化剤導入口圧力センサ４０とが設けられている。
【００１９】
そして、酸化剤取り出し口５０と酸化剤導入口５１とを接続する酸化剤供給配管５２と、この酸化剤供給配管５２を開閉するエアブリード弁（酸化剤供給弁）３６とが設けられている。
【００２０】
燃料電池３７には、その電圧を計測する電圧計４３と、電流を計測する電流計４４が設けられている。凝縮器４５には、燃料電池システム内の保有水量を検出する水量検出手段として、水位センサ４６が設けられている。
【００２１】
要求負荷センサ４９は、燃料電池システムに対する要求負荷（要求発電量）を検出する。燃料電池車両の場合には、要求負荷センサは、アクセル開度を検出するセンサである。
【００２２】
酸化剤取り出し口圧力センサ３２、酸化剤極圧力センサ３８、燃料極圧力センサ３９、酸化剤導入口圧力センサ４０、電圧計４３、電流計４４、水位センサ４６及び要求負荷センサ４９からの信号が入力信号としてコントロールユニット（制御手段）４８に接続されている。
【００２３】
また、コントロールユニット４８には、制御対象デバイスとして、空気供給装置３０、エアブリード弁（酸化剤供給弁）３６、燃料極圧力調整バルブ４１及び酸化剤極圧力調整バルブ４７が接続されている。
【００２４】
コントロールユニット４８は、上記センサ類からの入力信号に基づいて、燃料電池の状態を判断し、コントロールユニット４８の制御出力信号により、これら制御対象デバイスの回転速度やバルブ開度を制御する。
【００２５】
また、コントロールユニット４８は、燃料電池３７の状態に基づいて燃料極３７ｂへ酸化剤を供給するか否かを判断し、燃料極３７ｂへ酸化剤を供給する際に、酸化剤取り出し口圧力センサ３２及び酸化剤導入口圧力センサ４０の検出値を判断して、酸化剤取り出し口５０の圧力が酸化剤導入口５１の圧力よりも低い場合は、酸化剤取り出し口５０の圧力を酸化剤導入口５１の圧力よりも高めてからエアブリード弁（酸化剤供給弁）３６を開弁するように制御する制御手段である。
【００２６】
以下にコントロールユニット４８が演算制御する内容について説明する。
図２は、本実施形態のコントロールユニットの要部を表す制御ブロック図である。図２において、コントロールユニットは、燃料電池の状態に基づいて燃料極への空気供給（以下、エアブリードとも呼ぶ）が必要か否かを判断するＣＯ被毒解除要求手段１１と、ＣＯ被毒解除要求手段１１がＣＯ被毒解除のための燃料極への空気供給が必要と判断したときに、システム内の水保有量に基づいて、エアブリード時の圧力調整方法を選択する圧力調整方法選択手段１３と、酸化剤取り出し口圧力力を上昇させる酸化剤取り出し口圧力上昇手段１５と、燃料電池の運転圧力である燃料ガス圧力及び酸化剤圧力の少なくとも一方を変更する運転圧力変更手段１７と、酸化剤取り出し口圧力上昇手段１５又は運転圧力変更手段１７により酸化剤取り出し口圧力が酸化剤導入口圧力よりも高くなったときにエアブリード弁を開くように制御する酸化剤供給弁開弁手段１９とを備えている。
【００２７】
次に、図２を参照してコントロールユニットの制御動作を説明する。先ず、電圧計４３が検出した燃料電池３７の電圧Ｖｓ、電流計４４が検出した燃料電池の電流Ｉｓに基づいて、ＣＯ被毒解除要求手段１１がＣＯ被毒解除のためにエアブリードが必要か否か判断する。
【００２８】
次いで、ＣＯ被毒解除要求手段１１がエアブリードが必要と判断したとき、圧力調整方法選択手段１３は、エアブリード時の圧力調整の要否、および圧力調整が必要であれば、システム内に保有する水量に基づいて、酸化剤取り出し口圧力上昇手段１５で圧力調整するか運転圧力変更手段１７で圧力調整するか選択する。
【００２９】
酸化剤取り出し口圧力上昇手段１５では、運転圧力を変えずに空気取り出し口の圧力を上昇させ、運転圧力変更手段１７では燃料電池３７の運転圧力を変更する。その結果酸化剤取り出し口５０から酸化剤導入口５１への酸化剤の供給が可能となる。
【００３０】
その後、酸化剤供給弁開弁手段１９でエアブリード弁３６を開弁してエアブリードが実行される。
【００３１】
次に各手段での詳細な制御フローについて説明する。図３は第１実施形態のＣＯ被毒解除要求手段１１を示すフローチャートである。
【００３２】
まず、Ｓ１１で燃料電池３７の電圧Ｖｓと電流Ｉｓを電圧計４３、電流計４４から読み込む。
【００３３】
次いでＳ１２で、燃料電池のＣＯ被毒状況を判断する。横軸に燃料電池の電流値、縦軸に電圧値をとった場合、ＣＯ被毒が進んでいれば同じ出力電流値に対して出力電圧が低下する。このため、Ｓ１２の図に示すようなＣＯ被毒状態判定マップを予めコントロールユニット内に記憶しておき、電圧計４３及び電流計４４で測定した電圧及び電流とＣＯ被毒状態判定マップとを比較して、ＣＯ被毒状態の程度を判定する。
【００３４】
即ち出力電流に対して出力電圧の低下の具合によって、燃料電池３７の状態がＣＯ被毒がないか、あっても僅かで被毒解除が不要なレベルＦＩＶ＝０なのか、ＣＯ被毒の程度が軽度であり解除が必要ではあるが、緊急度の高くないレベルＦＩＶ＝１なのか、ＣＯ被毒の程度が重度で、すぐにＣＯ被毒解除が必要なレベルＦＩＶ＝２なのかを判断する。
【００３５】
Ｓ１３ではＣＯ被毒解除が不要（ＦＩＶ＝０）と判断されたか必要な状態（ＦＩＶ＝１，２）なのかを判定し、不要であればＳ１７へ分岐してエアブリード要否フラグＦＣＯをゼロ（エアブリード不要）としてフローを終了する。Ｓ１３の判定でＣＯ被毒が必要であれば、Ｓ１４でさらに緊急にＣＯ被毒解除が必要な状態なのか判定し、必要な場合はＳ１８でエアブリード要否フラグＦＣＯを１（エアブリード必要）としてフローを終了する。
【００３６】
Ｓ１４でＣＯ被毒解除は必要だが緊急度は高くない（軽度のＣＯ被毒）と判断された場合は、Ｓ１５で酸化剤取り出し口圧力センサ３２の出力と酸化剤導入口圧力センサ４０の信号を読み取る。次いで、Ｓ１６で酸化剤取り出し口圧力Ｐｋが酸化剤導入口圧力Ｐａよりも所定圧力差（Ｐｉ）以上高いか否かを判定し、高ければそのままエアブリード弁３６を開弁しても酸化剤を燃料極へ供給できる為Ｓ１８でエアブリード要否フラグＦＣＯを１（エアブリード必要）としてフローを終了する。
【００３７】
Ｓ１６の判定で、酸化剤取り出し口圧力Ｐｋが酸化剤導入口圧力Ｐａよりも所定圧力差（Ｐｉ）以上高くなければ、このままではエアブリード弁３６を開弁しても酸化剤を燃料極へ供給できないため、ＣＯ被毒解除要求も緊急でないことからＳ１７でエアブリード要否フラグＦＣＯをゼロ（エアブリード不要）としてフローを終了する。
【００３８】
図４は、第１実施形態の圧力調整方法選択手段１３を示すフローチャートである。
Ｓ２１でエアブリード要否フラグＦＣＯを読み込み、Ｓ２２でエアブリードが要求されたか否かを判定する。Ｓ２２の判定でエアブリードが要求されていない場合（ＦＣＯ＝０）は、Ｓ２７で圧力調整方法指示フラグＦＰＣをゼロ（圧力調整不要）としてフローを終了する。
【００３９】
Ｓ２２の判定でエアブリードが要求されている場合は、Ｓ２３で酸化剤取り出し口圧Ｐｋと酸化剤導入口圧Ｐａを酸化剤取り出し口圧力センサ３２と酸化剤導入口圧力センサ４０から読み込む。
【００４０】
Ｓ２４で酸化剤取り出し口圧力Ｐｋが酸化剤導入口圧力Ｐａよりも所定圧力差（Ｐｉ）以上高いか否かを判定し、高ければそのままエアブリード弁３６を開弁しても酸化剤を燃料極へ供給できる為Ｓ２７で圧力調整方法指示フラグＦＰＣをゼロ（圧力調整不要）としてフローを終了する。
【００４１】
ここで所定圧力差（Ｐｉ）は、エアブリードの目標所要時間で、エアブリード弁３６からＣＯ解除に必要な空気量を供給できる圧力差であり、酸化剤供給配管５２及びエアブリード弁３６の管路抵抗から計算によって求めた値を実験によって確認、または実験結果で修正して用いることができる。
【００４２】
Ｓ２４の判定で、高くなければ、Ｓ２５で水位センサ４６からの信号により凝縮器４５内の水位ＬＷを読み取り、Ｓ２６でその水位ＬＷが所定値ＳＬＬＷより高いかを判定し、高ければシステムに必要な水量は充分確保されていると判断し、システム内の水分持ち出し量は多いが燃料電池の運転圧を犠牲にしないでエアブリードが可能な酸化剤取り出し口圧力上昇手段１５を選択するためにＳ２７で圧力調整方法指示フラグＦＰＣを２として終了する。
【００４３】
Ｓ２６の判定で、水位ＬＷが所定値ＳＬＬＷ以下であれば、燃料電池の運転圧は犠牲となるが、排出される水を多くしないでエアブリードが可能な運転圧力変更手段１７を選択するために、Ｓ２７で圧力調整方法指示フラグＦＰＣを１として本フローを終了する。
【００４４】
図５は、第１実施形態の運転圧力変更手段１７を示すフローチャートである。
【００４５】
Ｓ３１で圧力調整方法指示フラグＦＰＣを読み込んで、Ｓ３２でＦＰＣが１（運転圧力変更手段実行）か否かを判定する。Ｓ３２の判定でＦＰＣが１でなければ運転圧力変更手段１７は実行しないので運転圧力は所定圧力（ＰＫ）とするためＳ３４で酸化剤極目標運転圧力ＴＧＰＫをＰＫとする。
【００４６】
Ｓ３２の判定でＦＰＣが１であれば、運転圧力変更手段１７を実行するための酸化剤極目標運転圧力ＴＧＰＫをＰＫよりも高くエアブリードが可能となる運転圧力ＰＫＣＯとして、Ｓ３５で酸化剤極目標運転圧力ＴＧＰＫを目標として、従来からある圧力制御方法例えばＰＩＤ制御等で燃料電池酸化剤極の圧力を制御する。
【００４７】
なお、圧力の上げ代については、燃料電池３７に用いる電解質膜の耐圧強度なども検討して決定する必要がある
図６は第１実施形態の酸化剤取り出し口圧力上昇手段１５を示すフローチャートである。
Ｓ４１で圧力調整方法指示フラグＦＰＣを読み込んで、Ｓ４２でＦＰＣが２（酸化剤取り出し口圧力上昇手段実行）か否かを判定する。Ｓ４２の判定でＦＰＣが２でなければ、酸化剤取り出し口圧力上昇手段１５は実行しないのでＳ４４で要求負荷センサ４９の信号を読み込んでＳ４５で空気供給装置の回転速度ＣＯＭＰを要求負荷Ｌに応じて設定してフローを終了する。
【００４８】
Ｓ４２でＦＰＣが２であれば、Ｓ４３で空気供給装置の回転速度ＣＯＭＰを所定回転速度ＣＯＭＰＣＯとする。ＣＯＭＰＣＯは、酸化剤取り出し口の圧力が酸化剤導入口の圧力より充分高くなり酸化剤を燃料極に供給できる空気供給装置３０の回転速度であり、事前に実験などで求めておけばよい。
【００４９】
本フローは圧力を調整しなければエアブリードができない状態の場合のみ実行される。空気供給装置３０の回転速度がＣＯＭＰＣＯ以上の状態で運転されていれば、酸化剤取り出し口圧力は高くなっていて圧力を調整しなくともエアブリードができるはずである。
【００５０】
つまり、本フローが実行されるということは、空気供給装置３０の回転速度はすくなくともＣＯＭＰＣＯ以下の状態で運転されていたはずである。すなわち本フローを実行することで空気供給装置３０の回転速度は上昇することとなり、空気流量が増量され酸化剤取り出し口の圧力は圧力損失要素である消音器３３、加湿器３４、温度調整器３５のために酸化剤極運転圧力よりも充分高くなり、その結果燃料極運転圧力よりも高くすることができ、エアブリード弁３６を開弁すれば酸化剤が燃料極へ供給されエアブリードが実行できる。
【００５１】
図７は、第１実施形態の酸化剤供給弁開弁手段１９を示すフローチャートである。
まず、Ｓ５１でエアブリード要否フラグＦＣＯを読み込み、Ｓ５２でそれが１か否かを判定する。
【００５２】
Ｓ５２の判定でＦＣＯが１でなければ、エアブリードを実行しないためＳ５４でエアブリード弁３６を閉として本フローを終了する。
【００５３】
Ｓ５２の判定でＦＣＯが１であれば、エアブリードを実行するためＳ５３でエアブリード弁３６を開弁する。エアブリード弁３６を開弁すると、燃料極に供給されるガスは、燃料ガスと空気との混合ガスとなり、この混合ガスに含まれる酸素により燃料極のＣＯ被毒が徐々に解除される。
【００５４】
ＣＯ被毒の解除が進むに連れて、同一出力電流で燃料電池３７の発電電圧が上昇するため、電流計４４が検出した出力電流における電圧計４３が検出した発電電圧が図３のＳ１２におけるＦＩＶ＝０の領域に入ると、ＣＯ被毒解除要求手段でＣＯ被毒解除不要と判断され、エアブリード要否フラグＦＣＯはそのうち０となり、エアブリード弁３６は閉弁される。
【００５５】
以上のように本実施形態では、ＣＯ被毒時などのエアブリードが必要な場合に酸化剤取り出し口圧力が酸化剤導入口圧力よりも低い場合でも酸化剤取り出し口の圧力を最適な方法で高めて酸化剤を確実に燃料極へ供給することが可能となり、燃料極のＣＯ被毒を燃料電池の運転を停止することなく実現することができる。
【００５６】
また、圧力損失要素の圧力損失を上昇させることで、酸化剤取り出し口の圧力を酸化剤導入口の圧力よりも高くする構成としたため、運転圧力への影響を抑制しつつ酸化剤取り出し口の圧力を酸化剤導入口の圧力よりも高めることが可能となる。
【００５７】
また、圧力損失を上昇させる場合は空気供給装置３０により通過流体の流量を増量する構成としたため、ＣＯ被毒解除のためのみに新たにコストの高い弁等を設置する必要も無い。
【００５８】
また、圧力損失要素としては、酸化剤供給源（空気供給装置３０）から酸化剤極３７ａまでの間に設けられる消音器３３、加湿器３４、温度調整器３５を活用することで、わざわざ圧力損失のためだけにオリフィスなどの圧力損失要素をつけなくても既存の圧力損失要素を用いれば良いため、コストの上昇を最低限におさえることができる。
【００５９】
さらに、酸化剤極圧力調整手段により、酸化剤取り出し口の圧力を酸化剤導入口の圧力よりも高くする構成もあり、こちらは部品の追加なしに、またシステムからの水の持ち出しを抑制しつつＣＯ被毒解除を運転中に実施できる構成とすることができる。
【００６０】
また、ＣＯ被毒解除要求手段で、ＣＯ被毒の程度が高くないと判定されたときは、酸化剤取り出し口の圧力が酸化剤導入口の圧力よりも低い場合は、酸化剤供給弁を開弁しない。
【００６１】
つまり、酸化剤取り出し口の圧力が酸化剤導入口よりも高ければ酸化剤を供給して燃料極のＣＯ被毒解除を積極的に行っておき、酸化剤取り出し口の圧力が酸化剤導入口よりも低ければ、急いでＣＯ被毒解除をする必要が無い為酸化剤の燃料極への供給を実施しない。
【００６２】
従って、ＣＯ被毒があっても被毒の程度が高くないレベルであるときには、特別にＣＯ被毒解除のために圧力をコントロールしなくてもＣＯ被毒解除をおこなうことができるため、圧力コントロールのためのエネルギや酸化剤極と燃料極間の差圧発生などによるシステムダメージ等を最小限に抑えながら燃料電池運転中に燃料極のＣＯ被毒を解除することができる。
【００６３】
また、ＣＯ被毒の程度が高いレベルであると判定された場合は、酸化剤取り出し口の圧力を酸化剤導入口の圧力よりも高くしてから酸化剤供給弁の開弁を許可する為、高レベルのＣＯ被毒から燃料極のＣＯ被毒解除が必要となった場合のみ圧力をコントロールしてＣＯ被毒解除が可能な状態とすることが可能となり、圧力コントロールのためのエネルギや酸化剤極と燃料極間の差圧発生などによるシステムダメージ等を最小限に抑えながら、かつ、高レベルのＣＯ被毒の場合は即時燃料極のＣＯ被毒解除を行うことができる。
【００６４】
また、システム内に保有する水量が所定値よりも多い場合には、酸化剤供給手段により圧力損失要素を通過する流体の流量を増量することで、また、システム内の水量が所定値よりも少ない場合には、酸化剤極圧力調整手段により、酸化剤取り出し口の圧力を酸化剤導入口の圧力よりも高くする構成とした。
【００６５】
圧力損失要素を通過する流体の流量を増量すると運転圧力への影響は少ないもののシステムから排出される酸化剤の量が多くなり、その分排出される酸化剤に溶けこんでシステムから持ち出される水分も多くなる。システム内の水量が多い場合はそれでも問題ないため圧力損失要素を通過する流体の流量を増量して酸化剤取り出し口の圧力を調整しても問題はない。
【００６６】
しかし、システム内の水量が少ない場合は燃料電池で発電する為に必要な水分を少しでもシステム外へ持ち出したくないため、圧力損失要素を通過する流体の流量増量を禁止して、運転圧力を調整することで酸化剤取り出し口の圧力を調整する。
【００６７】
このように、可能な限り燃料電池運転圧を可能な限り変更せずに、かつ、システム運転に必用な水を可能な限り浪費せずに圧力を調整することである。
【００６８】
なお、酸化剤供給源から酸化剤極までの間に流路面積を変更可能な弁、異物除去のためのフィルタを設けこれを、圧力損失要素としては活用しても良い。
【００６９】
〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態について説明する。システム全体の構成図、コントローラの制御ブロック図およびＣＯ被毒解除要求手段、圧力調整方法選択手段１３、酸化剤取り出し口圧力上昇手段１５、酸化剤供給弁開弁手段１９は第１実施形態と共通である。
【００７０】
次に、第２実施形態における運転圧力変更手段１７の制御内容について説明する。図８は、本実施形態における運転圧力変更手段１７の制御フローチャートである。
【００７１】
Ｓ６１で圧力調整方法指示フラグＦＰＣを読み込んで、Ｓ６２でＦＰＣが１（運転圧力変更手段実行）か否かを判定する。
【００７２】
Ｓ６２の判定で、ＦＰＣが１でなければ、運転圧力変更手段１７は実行しないので運転圧力は所定圧力（ＰＡ）とするためＳ６４で燃料極目標運転圧力ＴＧＰＡをＰＡとし、Ｓ６５へ移る。
【００７３】
Ｓ６２の判定で、ＦＰＣが１であれば、Ｓ６３へ進み、運転圧力変更手段１７を実行するための燃料極目標運転圧力ＴＧＰＡをＰＡよりも低くエアブリードが可能となる運転圧力ＰＡＣＯとし、Ｓ６５へ移る。Ｓ６５では、燃料極極目標運転圧力ＴＧＰＫを目標として従来からある圧力制御方法、例えばＰＩＤ制御等で燃料電池酸化剤極の圧力を制御する。
【００７４】
第１実施形態では酸化剤極３７ａの圧力を上昇させたが、その場合でも同じ空気流量を燃料電池３７に供給すべきであり、そうすると空気供給装置３０の仕事量が増加することとなる。
【００７５】
これに対して、第２実施形態では燃料極３７ｂの運転圧を下げているので、エネルギ的には増加が無くエアブリードできる環境を作ることができるという効果がある。
【００７６】
なお、上記実施形態のほかにも例えば酸化剤取り出し口と燃料電池の酸化剤入口の間にバルブを設けて、エアブリードが要求された場合はその弁を閉方向に制御し、酸化剤取り出し口の圧力を上昇させるようにしてもよい。
【００７７】
その場合空気供給ラインの圧力損失が増加する為に、空気供給装置の回転速度の上昇が必要となるが、例えば空気流量センサを空気ラインに設け、目標空気量に公知のＰＩＤ制御等で制御すればよい。本構成では専用のバルブを設けなければならないが、燃料電池の運転圧も、水分の浪費も犠牲にすることなくエアブリード可能な環境を整えることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの第１実施形態の構成を説明するシステム構成図である。
【図２】第１実施形態におけるコントロールユニットの制御内容を説明する制御ブロック図である。
【図３】第１実施形態のコントロールユニットにおけるＣＯ被毒解除要求手段の処理内容を説明するフローチャートである。
【図４】第１実施形態のコントロールユニットにおける圧力調整方法選択手段の処理内容を説明するフローチャートである。
【図５】第１実施形態のコントロールユニットにおける運転圧力変更手段の処理内容を説明するフローチャートである。
【図６】第１実施形態のコントロールユニットにおける酸化剤取り出し口圧力上昇手段の処理内容を説明するフローチャートである。
【図７】第１実施形態のコントロールユニットにおける酸化剤供給弁開弁手段の処理内容を説明するフローチャートである。
【図８】第２実施形態のコントロールユニットにおける運転圧力変更手段の処理内容を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
３０…空気供給装置
３１…フィルタ
３２…酸化剤取り出し口圧力センサ
３３…消音器
３４…加湿器
３５…温度調整器
３６…エアブリード弁（酸化剤供給弁）
３７…燃料電池
３７ａ…酸化剤極
３７ｂ…燃料極
３８…酸化剤極圧力センサ
３９…燃料極圧力センサ
４０…酸化剤導入口圧力センサ
４１…燃料極圧力調整バルブ
４２…燃料タンク
４３…電圧計
４４…電流計
４５…凝縮器
４６…水位センサ（水量検出手段）
４７…酸化剤極圧力調整バルブ
４８…コントロールユニット（制御手段）
４９…要求負荷センサ
５０…酸化剤取り出し口
５１…酸化剤導入口
５２…酸化剤供給配管
【図１】
2004241239.tif 000003
【図２】
2004241239.tif 000004
【図３】
2004241239.tif 000005
【図４】
2004241239.tif 000006
【図５】
2004241239.tif 000007
【図６】
2004241239.tif 000008
【図７】
2004241239.tif 000009
【図８】
2004241239.tif 000010