(57)【要約】【課題】空気供給手段に過剰な負荷を与えることなく、水素パージ時に酸素不足による不完全燃焼が生じる不都合を回避できるようにする。【解決手段】コントローラ１８は、水素パージが必要なときに、排気中の酸素濃度が水素の燃焼に不足すると判断した場合には、燃料電池スタック１からの取り出し電力を抑制することにより、或いは、コンプレッサ８の回転数を上げて空気供給量を増加させることにより、燃焼器１２内の酸素濃度を高めてから水素パージを実行する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極へ供給される水素と空気極へ供給される空気とをもとに発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の燃料極に水素を供給する燃料供給手段と、
前記燃料電池の空気極に空気を供給する空気供給手段と、
前記燃料電池の燃料極及び空気極からの排気を混合して燃焼する燃焼器とを有し、
燃料極パージ要求時に排気中の酸素濃度が水素の燃焼に不足すると判断される場合、予め前記燃焼器内の酸素濃度を高めてから前記燃料電池の燃料極からの排気を前記燃焼器へパージすることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池からの取り出し電力量を抑制することにより前記燃焼器内の酸素濃度を高め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】
２次電池を有し、前記取り出し電力量の抑制に伴う電力量の減少を前記２次電池により補う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】
前記空気供給手段からの空気供給量を増加させることにより前記燃焼器内の酸素濃度を高め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５】
前記燃料電池からの取り出し電力量の抑制と前記空気供給手段からの空気供給量の増加とから選択して、またはこれらを複合して前記燃焼器内の酸素濃度を高め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６】
２次電池を有し、前記取り出し電力量の抑制に伴う電力量の減少を前記２次電池により補うことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記２次電池の残存容量が所定値以下の場合には、前記空気供給手段からの空気供給量の増加を選択して前記燃焼器内の酸素濃度を高めることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
空気供給量を増加させないと燃料極パージ要求時に前記燃焼器の温度が所定値以上になることが予想される場合には、前記空気供給手段からの空気供給量の増加を選択して前記燃焼器内の酸素濃度を高めることを特徴とする請求項５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、燃料電池の燃料極から水素パージにより排出される排水素を燃焼処理するための燃焼器を備えた燃料電池システムに関するものであり、特に、燃焼器における不完全燃焼を回避するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の環境問題、特に自動車の排出ガスによる大気汚染や二酸化炭素による地球温暖化の問題等に対する対策として、クリーンな排気及び高エネルギ効率を可能とする燃料電池システムが注目を浴びている。
【０００３】
燃料電池システムは、燃料となる水素ガスあるいは水素リッチな改質ガス及び酸素（空気）を燃料電池の燃料極及び空気極に供給して電気化学反応を起こし、化学エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ変換システムである。このとき、供給された水素は燃料電池内で全て消費されるわけではなく、例えば水素パージにより燃料極から排出される排ガス（アノード排ガス）にはある程度の濃度の水素が含まれている。そこで、このアノード排ガスを例えば燃焼器で燃焼して大気中に放出することが行われている。
【０００４】
ところで、燃料電池システムにおいて、燃料極側の排気を燃焼器で燃焼させて処理する場合、処理する水素量に対して十分な酸素量がなければ不完全燃焼を起こす虞れがある。また、熱拡散の役割を果たす不活性ガス量が十分になければ高温燃焼してしまい、燃焼器が損傷してしまう虞れもある。
【０００５】
そこで、十分な空気量を供給する方法として、燃焼器で必要となる空気量を見込んで常時余剰に空気を送り込む方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２３６６９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載されているように常時余剰空気を燃焼器に送り込むという方法では、常に空気供給手段に過剰な負荷を強いることになり、電力を無駄に消費する等の問題がある。
【０００８】
ここで、常時余剰量送る必要を無くし空気供給側の負荷を軽減させる方法としては、空気供給側から燃料電池へ供給する経路の他に、直接燃焼器へ空気を供給することができるようにバイパス経路を設ける方法等が考えられる．
しかしながら、空気供給手段から直接バイパス経路を介して燃焼器に空気を供給するようにし、通常負荷を軽減する場合においても、燃料電池から高出力を得ようとするときには、燃料電池側と燃焼器側の両方で大量の空気が必要となるので、このときの空気供給手段への高負荷の問題が懸念される。
【０００９】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、空気供給手段に過剰な負荷を与えることなく、水素パージ時に酸素不足による不完全燃焼が生じる不都合を有効に回避することが可能で、排水素を燃焼器で適切に処理することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料電池システムは、燃料極へ供給される水素と空気極へ供給される空気とをもとに発電を行う燃料電池と、燃料電池の燃料極に水素を供給する燃料供給手段と、燃料電池の空気極に空気を供給する空気供給手段と、燃料電池の燃料極及び空気極からの排気を混合して燃焼する燃焼器とを有してなるものである。
【００１１】
このような構成を有する燃料電池システムにおいて、前記目的を達成するために、燃料極パージ要求時に排気中の酸素濃度が水素の燃焼に不足すると判断される場合、予め燃焼器内の酸素濃度を高めてから燃料極からの排気を燃焼器へパージすることを特徴とする。
【００１２】
予め燃焼器内の酸素濃度を高めてから燃料極からの排気を燃焼器へパージすれば、酸素不足による不完全燃焼を起こすことはない。また、例えば燃料電池からの取り出し電力量を抑制することにより燃焼器内の酸素濃度を高めるようにすれば、空気供給手段に過剰な負荷を与える必要はない。空気供給手段からの空気供給量を増加させることにより燃焼器内の酸素濃度を高める場合にも、燃料極パージ要求時に排気中の酸素濃度が水素の燃焼に不足すると判断される場合にのみ負荷を高めるようにしているので、空気供給手段に要求される負荷の増大は最低限で済む。
【００１３】
【発明の効果】
本発明の燃料電池システムによれば、燃料極パージ要求時に排気中の酸素濃度が水素の燃焼に不足すると判断される場合に、予め燃焼器内の酸素濃度を高めてから燃料極からの排気を燃焼器へパージするようにしているので、燃焼器における不完全燃焼を有効に回避することが可能で、排水素を燃焼器で適切に処理することが可能である。また、このとき空気供給手段に過剰な負荷を与えることもない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した燃料電池システムの実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態の燃料電池システムの主要部分の構成を示すものである。図１に示すように、本実施形態の燃料電池システムは、水素及び空気の供給を受けて発電を行う燃料電池スタック１と、この燃料電池スタック１に燃料である水素を供給する燃料供給系と、燃料電池スタック１に酸化剤である酸素（空気）を供給する空気供給系とを備える。本実施形態の燃料電池システムは、燃料電池スタック１の燃料として水素を直接供給するダイレクト水素方式の燃料電池システムである。
【００１６】
前記燃料電池スタック１は、水素が供給される燃料極（アノード極）と空気が供給される空気極（カソード極）とが電解質を挟んで重ね合わされて発電セルが構成されるとともに、複数の発電セルが多段積層されたスタック構造を有し、電気化学反応により化学エネルギを電気エネルギに変換する。燃料極では、燃料供給系から供給される水素が水素イオンと電子に解離し、水素イオンは電解質を通り、電子は外部回路を通って電力を発生させ、空気極にそれぞれ移動する。空気極では、空気供給系から供給される空気中の酸素と前記水素イオン及び電子が反応して水が生成され、外部に排出される。
【００１７】
燃料電池スタック１の電解質としては、高エネルギー密度化、低コスト化、軽量化等を考慮して、例えば固体高分子電解質膜が用いられる。固体高分子電解質膜は、例えばフッ素樹脂系イオン交換膜等、イオン（プロトン）伝導性の高分子膜からなるものであり、飽和含水することによりイオン伝導性電解質として機能する。
【００１８】
燃料供給系は、燃料供給装置２と、水素供給流路３と、エゼクタ４と、燃料極排ガス排気流路５と、水素循環流路６とを有する。そして、水素供給源である燃料供給装置２から供給される水素ガスが、水素供給流路３及びエゼクタ４を通って燃料電池スタック１の燃料極に送り込まれるようになっている。燃料電池スタック１では供給された水素ガスが全て消費されるわけではなく、残った水素ガス（燃料電池スタック１の燃料極から排出される水素ガス）は、水素循環流路６を通ってエゼクタ４により循環され、燃料供給装置２から新たに供給される水素ガスと混合されて、再び燃料電池スタック１の燃料極に供給される。
【００１９】
また、燃料電池スタック１の出口側、すなわち燃料極排ガス排気流路５には、水素パージ（燃料極パージ）を行うための水素パージバルブ７が設けられている。水素パージは、不純物や窒素等の蓄積に伴う燃料電池スタック１の効率低下を抑制するために行うものである。すなわち、燃料供給系では、水素を循環させることによって水素循環流路６内に不純物や窒素等が徐々に蓄積し、これにより水素分圧が降下して燃料電池スタック１の効率が低下する場合がある。このような場合には、水素パージバルブ７を開放し、系内の水素ガスをパージすることでこれとともに不純物や窒素等を除去して、燃料電池スタック１の効率低下を抑制するようにしている。
【００２０】
空気供給系は、燃料電池スタック１の空気極に空気を送り込むためのコンプレッサ８及び空気供給流路９と、空気極排ガスを排出するための空気極排ガス排気流路１０及び排気バルブ１１とを有する。そして、コンプレッサ８により空気が空気供給流路９に送り込まれ、燃料電池スタック１の空気極に供給されるようになっている。また、燃料電池スタック１で消費されなかった酸素及び空気中の他の成分は、燃料電池スタック１から排気バルブ１１を介して空気極排ガス排気流路１０から排出される。
【００２１】
本実施形態の燃料電池システムでは、燃料電池スタック１からの排ガスを処理するための燃焼器１２が設置されており、燃料供給系の燃料極排ガス排気流路５及び空気供給系の空気極排ガス排気流路１０は、何れもこの燃焼器１２に接続されている。すなわち、燃料電池スタック１の燃料極からの排ガスと、空気極からの排ガスは、それぞれ燃料極排ガス排気流路５及び空気極排ガス排気流路１０を通って燃焼器１２に送られ、この燃焼器１２で混合されて燃焼されるようになっている。
【００２２】
また、本実施形態の燃料電池システムでは、空気供給系の空気供給流路９には圧力センサ１３や流量計１４が設けられ、空気極排ガス排気流路１０には圧力センサ１５が設けられている。また、燃料電池スタック１には電圧計１６が、燃焼器１２には温度センサ１７がそれぞれ設けられている。それとともに、本実施形態の燃料電池システムは、当該燃料電池システム全体の動作を制御するためのコントローラ１８を備えている。
【００２３】
さらに、本実施形態の燃料電池システムでは、補助バッテリとして２次電池１９を搭載している。この２次電池１９は、燃料電池スタック１の電力を補うものであり、電圧計２０を備え、コントローラ１８によって燃料電池スタック１とともに運転制御が行われる。
【００２４】
コントローラ１８は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ周辺回路等がバスを介して接続されたマイクロプロセッサ構成を有している。そして、コントローラ１８は、入力される情報に基づいて各種演算処理を行い、これに応じて燃料供給系や空気供給系の各部の動作を制御し、また、燃料電池スタック１や２次電池１９の取り出し電力の制御等を行う。
【００２５】
以上が本実施形態の燃料電池システムの概略構成であるが、次に、本実施形態の燃料電池システムにおける特徴部分である、コントローラ１８による水素パージ制御について説明する。図２は、本実施形態の燃料電池システムにおけるコントローラ１８による水素パージ制御のメインフローを示すフローチャートである。
【００２６】
水素パージ制御においては、コントローラ１８は、先ず、燃料電池システム運転時に運転圧力を見ながら水素パージ必要量を積算し、これに基づき水素パージが必要であるか否かの判断を繰り返す（ステップＳ１）。そして、水素パージが必要であると判断したら、次に、パージによって排出される水素を燃焼器１２で燃焼させるのに必要となる酸素量、不活性ガス量を計算する（ステップＳ２）。
【００２７】
続いて、ステップＳ２における計算結果に基づき、燃焼器１２に供給される排気ガスの調整が必要であるか否か、すなわち燃焼器１２で水素を適切に燃焼させるために排気ガス中の酸素濃度を高める必要があるか否かを判断し（ステップＳ３）、必要な場合には排気ガスの調整を行う。ここで、排気ガス調整の方法は、２次電池１９の蓄電残量に応じて選択する。
【００２８】
すなわち、２次電池１９の蓄電残量が多い場合は、燃料電池スタック１からの取り出し電力量を抑制することで排気ガスの調整（酸素濃度の増加）を行うこととし、取り出し電力量を燃料電池スタック１と２次電池１９とに振り分ける（ステップＳ４）。一方、２次電池１９の蓄電残量が少ない場合には、コンプレッサ８からの空気供給量を増加させることで排気ガスの調整（酸素濃度の増加）を行うこととし、コンプレッサ８の負荷を増大させる（ステップＳ５）。また、ステップＳ４において取り出し電力量を燃料電池スタック１と２次電池１９とに振り分けた上でなお空気供給量の増加が必要な場合には、更にステップＳ５においてコンプレッサ８の負荷を増大させる。
【００２９】
コントローラ１８は、以上のように必要に応じて排気ガスの調整を行い、燃焼器１２内の排気ガスの酸素濃度が十分に高まった段階で水素パージバルブ７を開放し、水素パージを実行する（ステップＳ６）。
【００３０】
次に、以上のメインフローにおける各ステップの処理について、図３乃至図１４を参照しながら更に詳細に説明する。なお、これら各図における略号の意味するところは下記の通りである。
【００３１】
Ｐ１：燃料電池スタック１の運転圧力
ＶＨ２ＰＵＲＧＥ：水素パージ量
ＵＰＵＲＧＥ：パージ指数
ＦＬＧＰＵＲＧＥ：水素パージ要否判断のフラグ
ＴＣＯＭＢ：燃焼器１２の温度
ＶＯ２ＰＵＲＧＥ：必要酸素量
ＶＮ２ＰＵＲＧＥ：必要不活性ガス量
ＶＡＩＲ：空気供給量
ＲＣＯＭＰ：コンプレッサ８の回転数
ＥＣＳＡ：燃料電池スタック１からの取り出し電力量
ＥＢＥＴＴ：２次電池１９の蓄電残量
ＶＯ２ＣＳＡ：燃料電池スタック１の発電で消費する酸素量
ＶＯ２ＷＡＮＴ：酸素不足量
ＶＮ２ＷＡＮＴ：不活性ガス不足量
ＥＮＥＥＤ：２次電池１９の基準蓄電量
ＥＣＳＡＮＥＷ：燃料電池スタック１の取り出し電力量の計算値
ＥＢＥＴＴＮＥＷ：２次電池１９の取り出し電力量の計算値
ＰＣＯＭＰ：コンプレッサ８の出口圧力
ＬＡＩＲ：空気極排ガス排気流路１０の排気バルブ１１の開度
ＬＨ２：燃料極排ガス排気流路５の水素パージバルブ７の開度
ＴＰＵＲＧＥ：水素パージバルブ７を開放する時間
＜水素パージ要否判断＞
先ず、図２のステップＳ１における水素パージ要求判断の詳細について説明する。この水素パージ要否判断のサブルーチンを図３に示す。水素パージ要否判断に際しては、コントローラ１８は、先ず、燃料電池スタック１の運転圧力Ｐ１を参照する（ステップＳ１１）。そして、この燃料電池スタック１の運転圧力Ｐ１に基づき、図４（ａ）に示すようなマップから瞬間水素パージ量ΔＶＨ２ＰＵＲＧＥを求めるとともに、パージ指数ＵＰＵＲＧＥなる変数を導入して、図４（ｂ）に示すようなマップから瞬間パージ指数ΔＵＰＵＲＧＥを求める（ステップＳ１２）。さらに、以上のようにして求めた瞬間水素パージ量ΔＶＨ２ＰＵＲＧＥを積算して累積水素パージ量ＶＨ２ＰＵＲＧＥを求めるとともに、瞬間パージ指数ΔＵＰＵＲＧＥを積算して累積パージ指数ＵＰＵＲＧＥを求める（ステップＳ１３）。
【００３２】
そして、累積パージ指数ＵＰＵＲＧＥが所定値（ＵＭＡＸ）以上となった段階で水素パージが必要であると判断し（ステップＳ１４）、水素パージ要否判断のフラグＦＬＧＰＵＲＧＥに水素パージが必要であることを示す「１」を立て（ステップＳ１５）、図２のステップＳ２における必要ガス量計算へと移行する。
【００３３】
＜必要ガス量計算＞
次に、図２のステップＳ２における必要ガス量計算の詳細について説明する。この必要ガス量計算のサブルーチンを図５に示す。必要ガス量計算に際しては、コントローラ１８は、水素パージ要否判断のフラグＦＬＧＰＵＲＧＥが「１」となっていることを受けて、先ず、水素パージ量ＶＨ２ＰＵＲＧＥと燃焼器１２の温度ＴＣＯＭＢとを参照する（ステップＳ２１）。そして、これら水素パージ量ＶＨ２ＰＵＲＧＥと燃焼器１２の温度ＴＣＯＭＢとに基づき、図６に示すようなマップを用いて、パージによって排出される水素を燃焼器１２で燃焼させるのに必要となる必要酸素量ＶＯ２ＰＵＲＧＥと必要不活性ガス量ＶＮ２ＰＵＲＧＥとを計算し（ステップＳ２２）、図２のステップＳ３におけるガス量調整要否判断へと移行する。
【００３４】
＜ガス量調整要否判断＞
次に、図２のステップＳ３におけるガス量調整要否判断の詳細について説明する。このガス量調整要否判断のサブルーチンを図７に示す。ガス量調整要否判断に際しては、コントローラ１８は、先ず、前記ステップＳ２２で計算された必要酸素量ＶＯ２ＰＵＲＧＥと必要不活性ガス量ＶＮ２ＰＵＲＧＥ、コンプレッサ８の回転数ＲＣＯＭＰ、燃料電池スタック１の運転圧力Ｐ１、燃料電池スタック１からの取り出し電力量ＥＣＳＡ、２次電池１９の蓄電残量ＥＢＥＴＴ、及び空気供給量ＶＡＩＲをそれぞれ参照する（ステップＳ３１）。そして、燃料電池スタック１からの取り出し電力量ＥＣＳＡに基づき、図８に示すようなマップを用いて、燃料電池スタック１の発電で消費する酸素量ＶＯ２ＣＳＡを算出し、さらに、この酸素消費量ＶＯ２ＣＳＡと空気供給量ＶＡＩＲとの関係から、必要酸素量ＶＯ２ＰＵＲＧＥや必要不活性ガス量ＶＮ２ＰＵＲＧＥに対してして不足する酸素不足量ＶＯ２ＷＡＮＴと不活性ガス不足量ＶＮ２ＷＡＮＴとを算出する（ステップＳ３２）。
【００３５】
次に、算出した酸素不足量ＶＯ２ＷＡＮＴ及び不活性ガス不足量ＶＮ２ＷＡＮＴの正負を判断し（ステップＳ３３）、これらがともに負の値となった場合には排気ガスの調整は不要と判断して、図２のステップ６における水素パージ実行へと移行する。一方、酸素不足量ＶＯ２ＷＡＮＴと不活性ガス不足量ＶＮ２ＷＡＮＴの何れかまたは双方が正の値となった場合には、排気ガスの調整が必要と判断して、排気ガス調整方法の選択を行う。すなわち、２次電池１９の蓄電残量ＥＢＥＴＴを２次電池１９の基準蓄電量ＥＮＥＥＤと比較して（ステップＳ３４）、２次電池１９の蓄電残量ＥＢＥＴＴが２次電池１９の基準蓄電量ＥＮＥＥＤを上回る場合には、燃料電池スタック１からの取り出し電力量を抑制することで排気ガスの調整を行うこととし、図２のステップＳ４における取り出し電力調整へと移行する。一方、２次電池１９の蓄電残量ＥＢＥＴＴが２次電池１９の基準蓄電量ＥＮＥＥＤ以下の場合には、コンプレッサ８からの空気供給量を増加させることで排気ガスの調整を行うこととし、図２のステップＳ５における空気供給量増加に移行する。
【００３６】
＜取り出し電力量調整＞
次に、図２のステップＳ４における取り出し電力量調整の詳細について説明する。この取り出し電力量調整のサブルーチンを図９に示す。取り出し電力量調整に際しては、コントローラ１８は、先ず、燃料電池スタック１からの取り出し電力量（燃料電池システムに要求される電力量）ＥＣＳＡと２次電池１９の蓄電残量ＥＢＥＴＴとを参照する（ステップＳ４１）。そして、２次電池１９の蓄電残量ＥＢＥＴＴに応じて、燃料電池スタック１からの取り出し電力量（燃料電池システムに要求される電力量）ＥＣＳＡを新たに燃料電池スタック１と２次電池１９とに振り分け、例えば図１０に示すような関係となる燃料電池スタック１の取り出し電力量の計算値ＥＣＳＡＮＥＷ及び２次電池１９の取り出し電力量の計算値ＥＢＥＴＴＮＥＷを求める（ステップＳ４２）。
【００３７】
次に、空気供給量ＶＡＩＲを参照し（ステップＳ４３）、燃料電池スタック１の取り出し電力量の計算値（新たに燃料電池スタック１に振り分けられた取り出し電力量）ＥＣＳＡＮＥＷに基づいて、燃料電池スタック１の発電で消費する酸素量ＶＯ２ＣＳＡを新たに算出し、さらに、この酸素消費量ＶＯ２ＣＳＡと空気供給量ＶＡＩＲとの関係から、必要酸素量ＶＯ２ＰＵＲＧＥや必要不活性ガス量ＶＮ２ＰＵＲＧＥに対してして不足する酸素不足量ＶＯ２ＷＡＮＴと不活性ガス不足量ＶＮ２ＷＡＮＴとを新たに算出する（ステップＳ４４）。
【００３８】
次に、新たに算出した酸素不足量ＶＯ２ＷＡＮＴ及び不活性ガス不足量ＶＮ２ＷＡＮＴの正負を判断し（ステップＳ４５）、これらがともに負の値となった場合には、図２のステップＳ６における水素パージ実行へと移行する。一方、酸素不足量ＶＯ２ＷＡＮＴと不活性ガス不足量ＶＮ２ＷＡＮＴの何れかまたは双方が正の値となった場合には、図２のステップＳ５における空気供給量増加に移行する。
【００３９】
＜空気供給量増加＞
次に、図２のステップＳ５における空気供給量増加の詳細について説明する。この空気供給量増加のサブルーチンを図１１に示す。空気供給量増加に際しては、コントローラ１８は、先ず、図７のステップＳ３２或いは図９のステップＳ４４で算出した酸素不足量ＶＯ２ＷＡＮＴ及び不活性ガス不足量ＶＮ２ＷＡＮＴ、コンプレッサ８の出口圧力ＰＣＯＭＰ、空気極排ガス排気流路１０の排気バルブ１１の開度ＬＡＩＲをそれぞれ参照する（ステップＳ５１）。そして、これら各変数を用いて、例えば図１２に示すように各条件を満たすコンプレッサ８の新たな回転数ＲＣＯＭＰＮＥＷを算出し、これに応じた負荷をコンプレッサ８に与えて供給空気量を増加させる（ステップＳ５２）。
【００４０】
そして、このときの空気供給量ＶＡＩＲを再度参照して（ステップＳ５３）、図２のステップＳ６における水素パージ実行へと移行する。
【００４１】
＜水素パージ実行＞
次に、図２のステップＳ６における水素パージ実行の詳細について説明する。この水素パージ実行のサブルーチンを図１３に示す。水素パージ実行に際しては、コントローラ１８は、先ず、燃料電池スタック１の運転圧力Ｐ１、空気供給量ＶＡＩＲ、水素パージ量ＶＨ２ＰＵＲＧＥ、必要不活性ガス量ＶＮ２ＰＵＲＧＥをそれぞれ参照する（ステップＳ６１）。そして、これら各変数を用いて、図１４に示すような燃料電池スタック１の運転圧力と水素パージバルブ７の最適制御状態との関係に基づき、水素の放出量及びパージタイミングを考慮した燃料極排ガス排気流路５の水素パージバルブ７の開度ＬＨ２と、水素パージバルブ７を開放する時間（タイミング）ＴＰＵＲＧＥとを計算する（ステップＳ６２）。
【００４２】
次に、求めた値に従って水素パージを実行し、燃料電池スタック１の燃料極からの水素を燃焼器１２へと送る（ステップＳ６３）。そして、水素パージを終了したら、取り出し電力量の配分（ＥＣＳＡ及びＥＢＥＴＴの値）やコンプレッサ８への負荷（ＲＣＯＭＰの値）、水素パージバルブ７の開度（ＬＨ２の値）を元に戻し、水素パージ要否判断のフラグＦＬＧＰＵＲＧＥに「０」を立てて（ステップＳ６４）、図２のステップＳ１における水素パージ要否判断へとリターンする。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態の燃料電池システムによれば、水素パージを行う際に、パージされた水素を適切に燃焼させるに足る十分な酸素が確保されていない場合には、燃料電池スタック１からの取り出し電力量を抑制することにより、またはコンプレッサ８の回転数を上げて空気供給量を増加させることにより、或いはこれらを組み合わせて、燃焼器１２内の酸素濃度が十分に高められるようにしてから水素パージを実行するようにしているので、酸素不足による不完全燃焼となる状態を有効に回避して、適切に排水素を燃焼器１２で処理することができる。
【００４４】
また、燃料電池スタック１からの取り出し電力量を抑制させることで燃焼器１２内の酸素濃度上昇を図る場合には、コンプレッサ８に高負荷を与える必要が無く、効率的な発電が行える。このとき、燃料電池スタック１からの取り出し電力量の減少分を２次電池１９により補うことで総取り出し電力量の安定化、および燃料電池スタック１からの取り出し電力量の設定自由度を増すことができる。さらに、２次電池１９の蓄電残量に応じた取り出し電力量調整ができ、水素パージ制御における安定性を増すことができる。
【００４５】
また、コンプレッサ８の回転数を上げて空気供給量を増加させることで燃焼器１２内の酸素濃度上昇を図る場合であっても、コンプレッサ８の回転数上昇は、水素パージを行う際に十分な酸素が確保されていない場合にのみ行うので、コンプレッサ８に与える負荷の増大は最小限で済むことになる。
【００４６】
また、以上の手法を組み合わせて燃焼器１２内の酸素濃度上昇を図ることにより、コンプレッサ８の負荷の低減及び取り出し電力量の安定化を両立させながら、水素パージを適切に行って排水素を燃焼器１２にて適切に処理することができる。
【００４７】
なお、以上は、本発明を適用した最良の実施形態として、燃料電池スタック１からの取り出し電力量の抑制とコンプレッサ８の回転数上昇による空気供給量増加とを選択的に行い、或いはこれらを組み合わせて行って燃焼器１２内の酸素濃度上昇を図る例について説明したが、何れか一方のみを行うようにした場合でも、燃焼器１２で排水素を適切に処理することができ、燃焼器１２の温度が異常高温になる状態を有効に回避して、燃焼器１２の安全性、信頼性を増すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した燃料電池システムの概略構成を示す図である。
【図２】前記燃料電池システムにおける水素パージ制御のメインフローを示すフローチャートである。
【図３】パージ要否判断のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図４】（ａ）は燃料電池スタックの運転圧力と水素パージ量との関係を示す図であり、（ｂ）は燃料電池スタックの運転圧力とパージ指数との関係を示す図である。
【図５】必要ガス量計算のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図６】水素パージ量と必要酸素量、必要不活性ガス量との関係を示す図である。
【図７】ガス量調整要否判断のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図８】燃料電池スタックからの取り出し電力量と酸素消費量との関係を示す図である。
【図９】取出し電力量調整のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】元の取り出し電力量に対する電力量の振り分け量の関係を示す図である。
【図１１】空気供給量増加のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】コンプレッサの回転数、燃料電池スタックの運転圧力と空気流量の関係を示す図である。
【図１３】水素パージ実行のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】燃料電池スタックの運転圧力と水素パージバルブ７の最適制御状態との関係を示す図である。
【符号の説明】
１  燃料電池スタック
７  水素パージバルブ
８  コンプレッサ
１１  排気バルブ
１２  燃焼器
１８  コントローラ
１９  ２次電池
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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