(57)【要約】【課題】燃料電池による発電能力を低下させることなく、排気ガス中の水素濃度が基準値以下となるように希釈し、適切なタイミングで排気ガスを外部に排出することのできる燃料電池システムを提供する。【解決手段】排出量算出部４５は、電圧／電流検出部４４によって検出した発電電流ＩＦＣと流量検出部２４によって検出した供給エア流量ＱＷとから排出ガスの排出量を算出する。パージパラメータ算出部４６は、前記排出量からパージ時間Ｔ１およびパージインターバル時間Ｔ２を算出する。パージバルブ調整部４８は、算出されたパージ時間Ｔ１およびパージインターバル時間Ｔ２に基づいてパージバルブ２６を開閉し、水素ガスＨ２を含む排気ガスを水素希釈ボックス２８に出力する。水素希釈ボックス２８は、水素ガスＨ２を燃料電池スタック１２のカソード電極から排出された排気ガスによって希釈して外部に排出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード電極に供給される水素含有ガスとカソード電極に供給される酸素含有ガスとを反応させることで電気エネルギを生成する燃料電池と、前記アノード電極から排出される水素ガスを含む排気ガスを前記カソード電極から排出される排気ガスにより希釈して排出する水素希釈部とを備える燃料電池システムにおいて、
前記カソード電極から排出される排気ガスの排出量を検出するカソード排出量検出部と、
前記カソード排出量検出部により検出された排気ガスの排出量に基づき、前記アノード電極からの前記排気ガスの排出を制御するアノード排出制御部と、
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記載のシステムにおいて、
前記カソード排出量検出部は、
前記カソード電極に供給される前記酸素含有ガスの供給量を検出するカソード供給量検出部と、
前記燃料電池により生成された発電電流を検出する発電電流検出部と、
前記酸素含有ガスの前記供給量および前記発電電流より、前記カソード電極から排出される排気ガスの前記排出量を算出する排出量算出部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記アノード電極の排気口から排出される排気ガスを前記アノード電極の供給口に循環させる循環ループを有し、
前記アノード排出制御部は、
前記カソード排出量検出部により検出された排気ガスの前記排出量に基づき、前記アノード電極から排気ガスを前記水素希釈部に排出する排出時間および排気ガスの前記水素希釈部への排出を禁止する排出禁止時間を算出する排出制御時間算出部を備え、前記排出時間および前記排出禁止時間に基づいて排気ガスの排出を制御することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記燃料電池により生成された発電電圧を検出する発電電圧検出部と、
前記発電電圧を閾値電圧と比較し、前記発電電圧が前記閾値電圧よりも低下したとき、前記カソード電極に対する前記酸素含有ガスの供給量を所定量だけ増加制御するカソード供給制御部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アノード電極に供給される水素含有ガスとカソード電極に供給される酸素含有ガスとを反応させることで電気エネルギを生成する燃料電池と、前記アノード電極から排出される水素ガスを含む排気ガスを前記カソード電極から排出される排気ガスにより希釈して排出する水素希釈部とを備える燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質膜の両側にそれぞれアノード電極およびカソード電極を配置した電解質膜（電解質）・電極構造体を、セパレータによって挟持することにより構成されている。この種の燃料電池は、通常、電解質膜・電極構造体およびセパレータを所定数だけ積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
燃料電池において、アノード電極に供給された燃料ガス、例えば、水素含有ガスは、電極触媒上で水素イオン化され、適度に加湿された電解質膜を介してカソード電極側へと移動し、その移動の間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。カソード電極には、酸化剤ガス、例えば、エア等の酸素含有ガスが供給されているために、このカソード電極において、前記水素イオン、前記電子および酸素ガスが反応して水が生成される。
【０００４】
このように構成される燃料電池において、電気エネルギを効率的に生成するためには、カソード電極から電解質膜を透過してアノード電極に溜まった水や窒素ガスを発電電流に応じた所定の間隔で外部に排出する必要がある。このとき、これらの排出物には、電気エネルギの生成に寄与しなかった未反応の水素ガスが混入している。水素ガスは、有毒ガスではないものの、可燃性ガスであるため、所定濃度以下に希釈して排出する必要がある。
【０００５】
そこで、例えば、特許文献１に記載された従来技術では、燃料電池におけるアノード電極の排出側に酸化触媒を含む水素処理部を接続し、燃料電池から消費されずに排出された水素ガスを酸化触媒によって酸化し、排出水素濃度が所定濃度以下となるようにしている。また、燃料電池の起動および停止が短期間に繰り返し行われる場合には、水素処理部での水素ガスの酸化処理が十分に遂行されず、排出される水素ガスの濃度が高まり易いことに鑑み、所定時間内における燃料電池の起動指令の割合、あるいは、所定期間内における燃料電池の起動指令の回数が所定以上となったとき、燃料電池の起動を禁止することにより、燃料電池から水素処理部に至る経路中の水素ガスの濃度が所定値以下となるまで待機させるようにしている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１９８０７５号公報（要約書、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の従来技術では、燃料電池に対するエア等の供給状態に応じて水素ガスの排出制御を行うものではなく、排出される水素ガスの濃度が高くなるおそれがある場合には、燃料電池自体の起動を停止させているため、その間、電気エネルギを生成できなくなる不具合が生じる。
【０００８】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、燃料電池による発電能力を低下させることなく、排気ガス中の水素濃度が基準値以下となるように希釈し、適切なタイミングで排気ガスを外部に排出することのできる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料電池システムでは、アノード電極に供給される水素含有ガスとカソード電極に供給される酸素含有ガスとを反応させることで電気エネルギを生成する燃料電池と、前記アノード電極から排出される水素ガスを含む排気ガスを前記カソード電極から排出される排気ガスにより希釈して排出する水素希釈部とを備える燃料電池システムにおいて、
前記カソード電極から排出される排気ガスの排出量を検出するカソード排出量検出部と、
前記カソード排出量検出部により検出された排気ガスの排出量に基づき、前記アノード電極からの前記排気ガスの排出を制御するアノード排出制御部と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
この場合、カソード排出量検出部によって検出された排気ガスの排出量が多い場合、水素希釈部は、カソード電極からの排気ガスによってアノード電極からの排気ガスを十分に希釈し、排出水素濃度を低い状態に維持して外部に排出することができるため、アノード排出制御部は、アノード電極からの排気ガスの排出を許容するように制御する。この結果、効率的な発電状態が維持される。一方、カソード排出量検出部によって検出された排気ガスの排出量が少ない場合、アノード排出制御部は、アノード電極からの排気ガスの排出を制限し、排出される排気ガスの排出水素濃度の上昇を抑制する。
【００１１】
カソード電極から排出される排気ガスの排出量は、カソード電極に供給される酸素含有ガスの供給量をカソード供給量検出部により検出するとともに、供給された酸素含有ガスおよび水素含有ガスによって生成された発電電流を発電電流検出部により検出し、排出量算出部において、酸素含有ガスの供給量から、発電電流より得た酸素含有ガスの消費量を差し引くことにより求めることができる。
【００１２】
また、アノード電極の排気口から排出される排気ガスを前記アノード電極の供給口に循環させる循環ループを設け、アノード排出制御部は、検出されたカソード電極からの排気ガスの排出量に基づき、排出制御時間算出部において、水素希釈部に対するアノード電極からの排気ガスの排出時間および排出禁止時間を算出し、算出された排出時間および排出禁止時間に従って排気ガスの排出を制御することにより、基準値以下の水素濃度からなる排気ガスを適切なタイミングで外部に排出することができる。
【００１３】
さらに、燃料電池による発電中において、発電電圧が閾値電圧よりも低下したことを発電電圧検出部が検出した際、燃料電池に対する酸素含有ガスの供給量を所定量増加するようにカソード供給制御部が制御を行い、カソード電極から排出される排気ガスの排出量を増大させる。従って、アノード排出制御部は、水素希釈部から外部に排出される排気ガスの水素濃度を上昇させることなく、アノード電極から積極的に排気ガスを排出するように動作する。この結果、燃料電池における反応が促進され、発電電圧が基準電圧に復帰する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本実施形態の燃料電池システム１０を示す。なお、図１において、二重線で示すラインは、ガスの流通路を表し、一重線で示すラインは、電気的な信号線を表すものとする。
【００１５】
燃料電池システム１０は、燃料ガスである水素ガスＨ２と酸化剤ガスであるエアとが供給されることで電気エネルギを生成する燃料電池スタック１２（燃料電池）と、燃料電池スタック１２に供給する燃料ガス、酸化剤ガスの制御を行うとともに、燃料電池スタック１２から排出される排気ガスの制御を行う制御装置１４とから基本的に構成される。
【００１６】
燃料電池スタック１２は、水素ガスＨ２が供給されるアノード電極と、エアが供給されるカソード電極とを電解質膜を介して結合してなる多数のセル１６を直列に接続して構成される。この場合、燃料電池スタック１２には、発電による発熱温度の上昇を抑制し、燃料電池スタック１２を最適な温度範囲に保持するための冷却部１７が接続される。燃料電池スタック１２の温度は、冷却部１７に接続された温度検出部１９によって検出される。
【００１７】
燃料電池スタック１２のアノード電極のガス供給口には、水素タンク１８からの水素ガスＨ２がレギュレータ２０により所定圧力に調整されて供給される。また、燃料電池スタック１２のカソード電極のガス供給口には、エアがコンプレッサ２２により圧縮されて供給される。この場合、コンプレッサ２２から出力されるエアは、レギュレータ２０に供給されており、このエアの圧力によって水素ガスＨ２との圧力比が調整される。コンプレッサ２２の上流には、カソード電極に供給するエアの流量を検出する流量検出部２４（カソード供給量検出部）が接続される。
【００１８】
燃料電池スタック１２のアノード電極のガス排出口には、パージバルブ２６を介して水素希釈ボックス２８（水素希釈部）が接続される。このガス排出口からは、燃料電池スタック１２において発電に寄与しなかった水素ガスＨ２、発電によって生成されカソード電極から電解質膜を介して浸透した水、エア中に含まれ電解質膜を介して浸透した窒素ガス等が排気ガスとして排出される。パージバルブ２６は、オン／オフバルブによって構成され、前記排気ガスを必要に応じて水素希釈ボックス２８に排出する。
【００１９】
なお、アノード電極のガス排出口は、ポンプ２９を介してガス供給口に接続されており、発電に寄与しないで排出された水素ガスＨ２を再度燃料電池スタック１２に供給するフィードバックループを構成する。
【００２０】
燃料電池スタック１２のカソード電極のガス排出口には、圧力制御バルブ３０を介して水素希釈ボックス２８が接続される。このガス排出口からは、発電によって生成された水が排出されるとともに、ガス供給口から供給されたエアの一部が排気ガスとして排出される。圧力制御バルブ３０は、排気ガスの圧力を調整することにより、燃料電池スタック１２に供給されるエアの圧力を制御する。
【００２１】
水素希釈ボックス２８は、パージバルブ２６を介してアノード電極から排出される水素ガスＨ２を含む排気ガスを、圧力制御バルブ３０を介してカソード電極から排出されるエアを含む排気ガスにより希釈して外部に排出する。
【００２２】
制御装置１４は、燃料電池スタック１２による目標発電電流を設定する目標発電電流設定部３２と、目標発電電流を得るための目標エア流量を算出する目標エア流量算出部３４と、目標発電電流を得るための最適な目標エア圧力を算出する目標エア圧力算出部３６とを備える。
【００２３】
目標エア流量算出部３４によって算出された目標エア流量は、加算器３８を介して流量調整部４０に供給される。流量調整部４０は、コンプレッサ２２に接続されており、目標エア流量に従ってコンプレッサ２２の調整を行う。また、目標エア圧力算出部３６によって算出された目標エア圧力は、圧力制御バルブ調整部４２に供給される。圧力制御バルブ調整部４２は、圧力制御バルブ３０に接続されており、目標エア圧力に従って圧力制御バルブ３０の調整を行うことにより、燃料電池スタック１２に供給されるエアの圧力を調整する。
【００２４】
制御装置１４は、さらに、燃料電池スタック１２によって生成される電圧および電流を検出する電圧／電流検出部４４（発電電圧検出部、発電電流検出部）と、燃料電池スタック１２によって生成された電流と流量検出部２４により検出されたエア流量とからカソード電極より排出される排出ガスの排出量を算出する排出量算出部４５と、排出量に基づいて後述するパージパラメータを算出するパージパラメータ算出部４６（排出制御時間算出部）と、算出されたパージパラメータに従ってパージバルブ２６を調整するパージバルブ調整部４８と、電圧／電流検出部４４により検出された電圧が閾値電圧よりも低下したとき、エア流量の所定の増加量を加算器３８に加算するとともに、目標エア圧力算出部３６に供給するエア流量増量制御部５０（カソード供給制御部）とを備える。
【００２５】
この場合、電圧／電流検出部４４は、燃料電池スタック１２を構成する各セル１６により生成された電圧のうちの最低電圧を検出するとともに、各セル１６により生成された全電流の加算値を検出する。排出量算出部４５は、電圧／電流検出部４４により検出された発電電流値から、燃料電池スタック１２で消費された酸素ガス量を算出し、この酸素ガス量を流量検出部２４で検出したエア流量から減算することにより、カソード電極から排出される排気ガスの排出量を算出する。パージパラメータ算出部４６は、排出量算出部４５によって算出された排出ガスの排出量から、パージバルブ２６を開いている時間である排気ガスの排出時間（パージ時間）と、パージバルブ２６を閉じている時間である排出禁止時間（パージインターバル時間）とを算出する。
【００２６】
本実施形態の燃料電池システム１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その動作について図２に示すフローチャートに従って説明する。
【００２７】
先ず、目標発電電流設定部３２において目標発電電流ＩＦＣＯＢが設定されると（ステップＳ１）、温度検出部１９は、冷却部１７により制御される燃料電池スタック１２の冷却水の温度θを検出し（ステップＳ２）、目標エア流量算出部３４および目標エア圧力算出部３６に供給する。
【００２８】
目標エア流量算出部３４は、目標発電電流設定部３２によって設定された目標発電電流ＩＦＣＯＢを得ることのできる目標エア流量ＱＯＢを、図３に示す目標発電電流−目標エア流量マップを用いて算出する（ステップＳ３）。なお、燃料電池スタック１２によって生成される電流は、燃料電池スタック１２の温度に依存しており、目標発電電流−目標エア流量マップは、冷却水の温度θ１、θ２、θ３、…に応じたマップとして実験的に求めることができる。
【００２９】
また、目標エア圧力算出部３６は、目標発電電流設定部３２によって設定された目標発電電流ＩＦＣＯＢと、温度検出部１９によって検出された冷却水の温度θとに基づき、燃料電池スタック１２に供給される水素ガスＨ２およびエアの圧力を基準圧力とするための目標エア圧力ＰＯＢを算出する（ステップＳ４）。なお、目標エア圧力ＰＯＢは、目標エア流量ＱＯＢの場合と同様に、実験的に求めたマップを用いて算出することができる。
【００３０】
流量調整部４０は、目標エア流量算出部３４から供給された目標エア流量ＱＯＢに従ってコンプレッサ２２を制御し、圧力制御バルブ調整部４２は、目標エア圧力算出部３６から供給された目標エア圧力ＰＯＢに従って圧力制御バルブ３０を制御する（ステップＳ５）。
【００３１】
コンプレッサ２２が目標エア流量ＱＯＢに従って制御されることにより、所定量のエアが流量検出部２４を介して燃料電池スタック１２のカソード電極に供給される。また、圧力制御バルブ３０が目標エア圧力ＰＯＢに従って制御されることにより、燃料電池スタック１２に供給されるエアの圧力が調整される。
【００３２】
コンプレッサ２２から出力されたエアの一部は、レギュレータ２０に所定の圧力で供給されている。従って、水素タンク１８から出力された水素ガスＨ２は、エアとの圧力比がレギュレータ２０により調整され、燃料電池スタック１２のアノード電極に供給される。この結果、カソード電極に供給されたエアに含まれる酸素ガスと、アノード電極に供給された水素ガスＨ２とが反応し、電気エネルギが生成される（ステップＳ６）。
【００３３】
一方、燃料電池スタック１２のアノード電極からは、反応に寄与しなかった水素ガスＨ２が排出される。この水素ガスＨ２は、ポンプ２９によってアノード電極のガス供給口に復帰されることで発電に再利用される。また、燃料電池スタック１２のカソード電極からは、反応によって生成された水が排出されるとともに、エアに含まれる窒素ガスや反応に寄与しなかった酸素ガスが排出される。なお、カソード電極で生成された水や排出ガスの一部は、セル１６を構成する電解質膜を透過してアノード電極のガス排出口からも排出される。
【００３４】
ここで、燃料電池システム１０では、発電能力を維持するため、生成された水や反応に寄与しない窒素ガス、余分なエア等を外部に排出する処理が行われる。このとき、未反応の水素ガスＨ２の一部が水や窒素ガスを含む排気ガスとともに排出される。この場合、高濃度の水素ガスＨ２が外部に排出されることのないよう、パージバルブ２６および水素希釈ボックス２８を用いて、アノード電極から排出される水素ガスＨ２を許容濃度以下に希釈して外部に排出する処理が行われる。
【００３５】
すなわち、燃料電池スタック１２のカソード電極から排出されたエアを主体とする排気ガスは、圧力制御バルブ３０を介して水素希釈ボックス２８に供給される。一方、燃料電池スタック１２のアノード電極から排出された水素ガスＨ２を含む排気ガスは、パージバルブ２６が開放されている所定時間、水素希釈ボックス２８に供給されることにより、カソード電極からの排気ガスによって水素ガスＨ２の濃度が希釈されて外部に排出される。
【００３６】
そこで、パージバルブ２６の制御につき、図４に示すタイミングチャートに基づいて詳細に説明する。
【００３７】
制御装置１４において、電圧／電流検出部４４は、燃料電池スタック１２を構成する各セル１６の発電電圧Ｖを検出し（ステップＳ７）、エア流量増量制御部５０に出力する。エア流量増量制御部５０は、最低電圧を示すセル１６の電圧が閾値電圧ＶＴＨ以下であるか否かを判定する（ステップＳ８）。最低電圧ＶＮＧ＜閾値電圧ＶＴＨである場合、エア流量増量制御部５０は、燃料電池スタック１２における発電能力が低下しているものと判断し、目標エア流量ＱＯＢを増加量ΔＱだけ増加させる信号を加算器３８および目標エア圧力算出部３６に供給する（ステップＳ９）。
【００３８】
ステップＳ９において目標エア流量ＱＯＢが増加量ΔＱだけ増加された場合、流量調整部４０は、増加された目標エア流量（ＱＯＢ＋ΔＱ）となるようにコンプレッサ２２を制御する。また、目標エア圧力算出部３６は、増加された目標エア流量（ＱＯＢ＋ΔＱ）に対して発電電流ＩＦＣが一定となるように、増加量ΔＱに基づいて目標エア圧力ＰＯＢを修正した後、圧力制御バルブ３０を制御して燃料電池スタック１２に供給されるエアの圧力を調整する（ステップＳ１０）。
【００３９】
一方、最低電圧ＶＯＫ＞閾値電圧ＶＴＨである場合には、エア流量増量制御部５０は、燃料電池スタック１２が正常に動作しているものと判断し、目標エア流量ＱＯＢの増加を行わず、あるいは、既に増加されている場合には、最低電圧ＶＯＫ＞閾値電圧ＶＴＨとなってから所定時間ΔＴだけ経過後、目標エア流量ＱＯＢの増加を中止する。
【００４０】
次に、流量検出部２４は、燃料電池スタック１２に供給する供給エア流量ＱＷを検出し（ステップＳ１１）、また、電圧／電流検出部４４が燃料電池スタック１２の発電電流ＩＦＣを検出し（ステップＳ１２）、これらの検出値が排出量算出部４５に供給される。排出量算出部４５は、供給された供給エア流量ＱＷと発電電流ＩＦＣとに基づき、燃料電池スタック１２のカソード電極から排出される排気ガスの排出開始からの平均流量である平均希釈ガス流量ＱＡＶＥを算出する（ステップＳ１３）。この流量は、図５に示す供給エア流量−平均希釈ガス流量マップを用いて算出することができる。なお、燃料電池スタック１２に供給されるエアに含まれる酸素ガスは、発電によって消費されるため、カソード電極から排出される排気ガスの流量は、燃料電池スタック１２によって生成される発電電流ＩＦＣ１、ＩＦＣ２、ＩＦＣ３、…に応じて変化する。
【００４１】
パージパラメータ算出部４６は、排出量算出部４５から供給される平均希釈ガス流量ＱＡＶＥに基づき、パージバルブ２６を開放する時間であるパージ時間Ｔ１と、パージバルブ２６を閉塞する時間であるパージインターバル時間Ｔ２とを算出する（ステップＳ１４、Ｓ１５）。パージ時間Ｔ１は、図６に示す平均希釈ガス流量−パージ時間マップを用いて算出することができる。また、パージインターバル時間Ｔ２は、図７に示す平均希釈ガス流量−パージインターバル時間マップを用いて算出することができる。この場合、平均希釈ガス流量ＱＡＶＥが多ければ、水素希釈ボックス２８において水素ガスＨ２を十分に希釈することができるため、パージ時間Ｔ１が長く設定され、パージインターバル時間Ｔ２が短く設定される。
【００４２】
算出されたパージパラメータは、パージバルブ調整部４８に出力される。パージバルブ調整部４８は、供給されたパージパラメータに基づいてパージバルブ２６の開閉制御を行う（ステップＳ１６）。パージバルブ２６がパージ時間Ｔ１だけ開放される間、燃料電池スタック１２のアノード電極から排出された水素ガスＨ２を含む排気ガスは、水素希釈ボックス２８に供給され、カソード電極から排出された希釈ガスである排気ガスによって排気許容濃度ＨＴＨ以下の排出水素濃度ＨＤに希釈されて排出される。この場合、アノード電極からの排気が積極的に行われるため、各セル１６の電圧が基準電圧まで速やかに復帰する。以上のようにして発電が継続される（ステップＳ１７）。
【００４３】
ここで、本実施形態では、パージ時間Ｔ１およびパージインターバル時間Ｔ２を、燃料電池スタック１２から排出される平均希釈ガス流量ＱＡＶＥに応じて制御することにより、パージバルブ２６の開閉制御を行っている。
【００４４】
すなわち、図４に示すように、燃料電池スタック１２に供給される供給エア流量ＱＷ１が多く、発電電流ＩＦＣ１が大きい場合には、水素ガスＨ２を十分に希釈することができるため、パージ時間Ｔ１を長く設定して水素ガスＨ２を排出することができる。また、発電電圧ＶＮＧが閾値電圧ＶＴＨ以下となった場合には、燃料電池スタック１２に供給する供給エア流量ＱＷ１を増加量ΔＱ１だけ増加させることにより、パージ時間Ｔ１がさらに長く設定されることでアノード電極からの排気が促進されるため、発電電圧Ｖを基準電圧まで速やかに復帰させることができる。なお、パージバルブ２６を開放して水素ガスＨ２を排出した直後は、水素希釈ボックス２８に高濃度の水素ガスＨ２が残留しているおそれがあるため、パージバルブ２６の閉塞後であって発電電圧ＶＯＫが基準電圧に復帰後の所定時間ΔＴだけ供給エア流量ＱＷ１の増量を継続し、残留している水素ガスＨ２を排出する。
【００４５】
また、燃料電池スタック１２に供給される供給エア流量ＱＷ２が少なく、発電電流ＩＦＣ２が小さい場合には、高濃度の水素ガスＨ２が排出されるおそれがあるため、パージ時間Ｔ１を短く設定して水素ガスＨ２の排出を抑制する。そして、この間に発電電圧ＶＮＧが閾値電圧ＶＴＨ以下となった場合には、燃料電池スタック１２に供給する供給エア流量ＱＷ２を十分な増加量ΔＱ２（ΔＱ１＜ΔＱ２）だけ増加させることにより、発電電圧Ｖを速やかに基準電圧まで復帰させることができる。
【００４６】
なお、上述した実施形態では、燃料電池スタック１２のカソード電極から排出される平均希釈ガス流量ＱＡＶＥを、カソード電極に供給される供給エア流量ＱＷと発電電流ＩＦＣとから算出して推定するようにしているが、カソード電極から排出される排出ガスの流量を流量検出器を用いて直接検出するようにしてもよい。
【００４７】
また、平均希釈ガス流量ＱＡＶＥは、目標発電電流設定部３２において設定される目標発電電流ＩＦＣＯＢ、コンプレッサ２２の回転数、電圧／電流検出部４４によって検出される発電電流ＩＦＣ等から推定して求めることも可能である。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料電池のカソード電極から排出される排気ガスの排出量に応じてアノード電極からの排気ガスの排出を制御することにより、発電能力を低下させることなく、排気ガス中の水素濃度が基準値以下となるように希釈し、適切なタイミングで排気ガスを外部に排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成ブロック図である。
【図２】図１に示す燃料電池システムにおける制御装置の処理フローチャートである。
【図３】目標発電電流−目標エア流量マップの説明図である。
【図４】図１に示す燃料電池システムにおける各物理量とパージバルブの制御との関係の説明図である。
【図５】供給エア流量−平均希釈ガス流量マップの説明図である。
【図６】平均希釈ガス流量に対して設定されるパージ時間の説明図である。
【図７】平均希釈ガス流量に対して設定されるパージインターバル時間の説明図である。
【符号の説明】
１０…燃料電池システム              １２…燃料電池スタック
１４…制御装置                      １７…冷却部
１８…水素タンク                    １９…温度検出部
２０…レギュレータ                  ２２…コンプレッサ
２４…流量検出部                    ２６…パージバルブ
２８…水素希釈ボックス              ３０…圧力制御バルブ
３２…目標発電電流設定部            ３４…目標エア流量算出部
３６…目標エア圧力算出部            ３８…加算器
４０…流量調整部                    ４２…圧力制御バルブ調整部
４４…電圧／電流検出部              ４５…排出量算出部
４６…パージパラメータ算出部        ４８…パージバルブ調整部
５０…エア流量増量制御部
【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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