(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の排出口から排出される反応ガスを、循環流路を介して前記燃料電池の供給口に循環させる機能を有する燃料電池システムにおいて、
前記循環流路に設けられ、前記反応ガスを排出する反応ガス排気手段と、
前記循環流路に設けられ、水分を排出する排水手段と、
前記燃料電池の発電電圧を監視する電圧監視手段と、
前記反応ガス排気手段と前記排水手段を制御する排出制御手段と、を備え
前記排出制御手段は、前記発電電圧が所定電圧より低下したときに、前記反応ガス排気手段による前記反応ガスの排出を優先させる
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において、
前記排出制御手段は、前記発電電圧が前記所定電圧より低下したときであって、かつ前記発電電圧が前記所定電圧より低下したときから所定期間内であるとき、前記反応ガス排気手段による前記反応ガスの排出を優先させる
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池システムにおいて、
前記反応ガス排気手段による前記反応ガスの優先排出後、前記排水手段により前記水分を排水する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１記載の燃料電池システムにおいて、
前記反応ガス排気手段と前記排水手段は、それぞれ開閉弁であり、反応ガス排気用弁の径が排水用弁の径よりも大径である
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１記載の燃料電池システムにおいて、
前記排出制御手段は、前記反応ガス排気手段を作動させるとき前記反応ガス排気手段に対して予め定められた第１固定時間だけ作動させ、前記排水手段を作動させるとき前記排水手段に対して予め定められた第２固定時間だけ作動させる
ことを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池の排出口から排出される反応ガス｛燃料ガス及び（又は）酸化剤ガスのオフガス｝を、循環流路を介して前記燃料電池の供給口に循環させる機能を有する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子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（燃料極）及びカソード電極（酸化剤極）を設けた電解質膜・電極構造体を、一対のセパレータによって挟んで保持するとともに、アノード電極とセパレータとの間に燃料ガス流路が形成される一方、カソード電極とセパレータとの間に酸化剤ガス流路が形成されている。この燃料電池は、通常、電解質膜・電極構造体及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】
燃料電池システムにおいて、燃料ガスタンクから燃料ガス供給流路を通じ、燃料電池内の前記燃料ガス流路を介し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、電解質膜を介してカソード電極へと移動し、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、酸化剤ガス供給手段から酸化剤ガス供給流路を通じ、前記燃料電池内の前記酸化剤ガス流路を介して酸化剤ガス、例えば、空気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、水素イオン、電子及び酸素ガスが反応して水が生成される。
【０００４】
このような燃料電池システムでは、燃料の利用率を上げて燃費を向上させるために、燃料電池の燃料排出口から消費されずに排出される未反応の水素を含有するガス、いわゆるオフガスを燃料供給口にもどして循環させ新鮮な燃料ガスと混合して再度燃料電池に供給することで燃料ガスをリサイクル利用している（特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２２７１４号公報（段落［０００２］、要約）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、燃料電池の発電時において、燃料電池のアノード電極側には、カソード電極側から電解質膜を通じて水が逆拡散し、あるいは燃料ガスの高湿化等を原因として水が貯留される。アノード電極に水が貯留すると燃料ガスのアノード電極への供給が阻害され発電安定性が損なわれる。
【０００７】
また、カソード電極側に供給された空気中の窒素も、電解質膜を通じて微量ながらアノード電極側に透過して燃料ガスに混入するので、燃料ガスのリサイクル利用により窒素の濃度が上昇し、この場合にも発電安定性が損なわれる。
【０００８】
発電安定性を向上させるために、上記特許文献１には、燃料ガスをリサイクルする循環流路と大気との間にパージ弁を設け、このパージ弁を開弁することで、前記水を排出すると同時に窒素濃度が上昇した排ガスを大気に排出することで、発電安定性が維持されると開示されている。
【０００９】
なお、前記の循環流路に気液分離器を設け、循環流路中で循環しようとする水分を気液分離器により分離し、分離された水分をタンクに貯留し、水がタンクに一杯に貯留される前に、タンクに設けたドレイン弁を開弁することで水分を排水する燃料電池システムも知られている。
【００１０】
しかしながら、従来、パージ弁とドレイン弁は相互に独立に制御され、それぞれ、燃料電池の発電電流（負荷）に応じた所定インターバル毎に開弁するように設計されているため発電電圧が低下したときに、発電電圧の早期回復が行われているとはいい難い。
【００１１】
この発明は、このような課題を考慮してなされたものであって、燃料電池からの反応ガス排気手段による反応ガスの排出制御を最適化し、発電電圧の早期回復を可能とする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】
【００１２】
この項では、理解の容易化のために添付図面中の符号を付けて説明する。したがって、この項に記載した内容がその符号を付けたものに限定して解釈されるものではない。
【００１３】
この発明に係る燃料電池システム（１０）は、燃料電池（１４）の排出口｛２２及び（又は）２６Ｂ｝から排出される反応ガスを、循環流路（４６）を介して前記燃料電池の供給口｛２０及び（又は）２４Ａ｝に循環させる機能を有する燃料電池システムにおいて、以下の特徴（１）〜（５）を有する。
【００１４】
（１）前記循環流路に設けられ、前記反応ガスを排出する反応ガス排気手段（３０、１３０）と、前記循環流路に設けられ、水分を排出する排水手段（５０、１５０）と、前記燃料電池の発電電圧を監視する電圧監視手段（６０、７０）と、前記反応ガス排気手段と前記排水手段を制御する排出制御手段（７０）と、を備え、前記排出制御手段は、前記発電電圧が所定電圧より低下したときに、前記反応ガス排気手段による前記反応ガスの排出を優先させることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、発電電圧が所定電圧より低下したとき、反応ガス排気手段による反応ガスの排出を優先させるようにしているので、新鮮な反応ガスが燃料電池に供給されるようになり、かつ反応ガスの排出時には、燃料電池のアノード電極及び（又は）カソード電極に付着している水分も同時に排出されるので、早期に発電電圧が回復するという効果が達成され、結果として発電安定性の低下が最小限に抑制される。
【００１６】
なお、反応ガスとしては、燃料ガスである水素及び（又は）酸化剤ガスである酸素が該当する。また、監視する発電電圧は、燃料電池の各セル電圧、又は各複数のセル電圧、あるいは燃料電池の全体の電圧（各セル電圧の合計電圧に等しい電圧）のいずれでもよいが、各セル電圧又は各数個のセル電圧を監視することがセル電圧低下時の監視電圧の変化率が大きくなるので制御上、好ましい。
【００１７】
（２）上記特徴（１）を有する発明において、前記排出制御手段は、前記発電電圧が前記所定電圧より低下したときであって、かつ前記発電電圧が前記所定電圧より低下したときから所定期間内であるとき、前記反応ガス排気手段による前記反応ガスの排出を優先させることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、所定電圧が低下したときから所定期間が経過するまでの期間では、必ず、反応ガスの排出が優先されるので、早期に発電電圧を回復させることができる。
【００１９】
（３）上記特徴（２）を有する発明において、前記反応ガス排気手段による前記反応ガスの優先排出後、前記排水手段により前記水分を排出することを特徴とする。この発明によれば、水分も確実に排水することができ、燃料電池内あるいは循環流路に水分があふれる事態を未然に防止することができる。
【００２０】
（４）上記特徴（１）を有する発明において、前記反応ガス排気手段と前記排水手段は、それぞれ開閉弁であり、反応ガス排気用弁の径が排水用弁の径よりも大径であることを特徴とする。この発明によれば、反応ガス排気用弁の径を大径としているので、大流量かつ短い時間の開弁で効率よく反応ガスを排出することができる。
【００２１】
（５）上記特徴（１）を有する発明において、前記排出制御手段は、前記反応ガス排気手段を作動させるとき前記反応ガス排気手段に対して予め定められた第１固定時間だけ作動させ、前記排水手段を作動させるとき前記排水手段に対して予め定められた第２固定時間だけ作動させることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、反応ガス排気手段の作動は第１固定時間だけ行い、排水手段の作動は第２固定時間だけ行うようにと、それぞれ予め定められた時間作動、例えば開弁するように制御しているので、制御がフィードフォワード制御となり、フィードバック制御に比べて安定性に優れ、かつ構成が簡易になり廉価にできる。なお、第１固定時間と第２固定時間とは、燃料電池の負荷（発電電力）や温度に応じて予め適切な時間を定めることができる。この場合、第１固定時間と第２固定時間とは、同一の時間にすることもできる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、発電電圧が所定電圧より低下したとき、反応ガス排気手段による反応ガスの排出を優先させるようにしているので、新鮮な反応ガスが燃料電池に供給されるようになり、かつ反応ガスの排出時には、燃料電池のアノード電極及び（又は）カソード電極に付着している水分も同時に排出されるので、早期に発電電圧が回復する。結果として、発電安定性の低下を最小限に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は、この発明の一実施形態が適用された燃料電池システム１０の概略構成図である。燃料電池システム１０は、例えば、図示しない車両に搭載されている。
【００２６】
この燃料電池システム１０は、基本的には、燃料電池１４と、この燃料電池１４に一方の反応ガスである燃料ガス｛この実施形態では水素（Ｈ2）ガス｝を供給する高圧の水素タンク（燃料ガス供給手段）４２と、前記燃料電池１４に他方の反応ガスである酸化剤ガスを含む空気を供給するエアコンプレッサ（酸化剤ガス供給手段）３６とを備える。
【００２７】
燃料電池１４は、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで挟んで保持して構成される燃料電池セルを、複数積層させて一体化させたスタック構造になっている。
【００２８】
燃料電池１４には、水素ガスを供給するための水素供給口２０と、燃料電池１４から排出される未使用の水素ガスを含む排ガスを排出するための水素排出口２２と、燃料電池１４に、空気を供給するための空気供給口２４と、未使用の酸素を含む空気を燃料電池１４から排出するための空気排出口２６とが設けられている。水素排出口２２の近傍には、排ガス（水素オフガス）の圧力を測定する圧力センサ７１が取り付けられている。
【００２９】
水素供給口２０には、水素供給流路２８が連通する。この水素供給流路２８には、エゼクタ４８が設けられ、このエゼクタ４８は、水素タンク４２から供給される水素ガスを、水素供給流路２８及び水素供給口２０を通じて燃料電池１４のアノード電極に供給するとともに、燃料電池１４で使用されなかった未使用の水素ガスを含む排ガスを水素排出口２２に連通する循環流路４６から吸引して燃料電池１４のアノード電極に再供給する。
【００３０】
循環流路４６には、アノード電極に溜まった水やカソード電極から電解質膜を透過してアノード電極に混入した窒素ガスを含む燃料ガスを排出流路３２、希釈ボックス９０及び排出流路９４を介して外部（外気・大気）に排出して発電安定性を確保するため発電運転時等に適宜開放される比較的に大流量用の大径の開閉弁であるパージ弁３０が設けられる他、循環流路４６に設けられた気液分離器としてのキャッチタンク５１に溜まった水等を、水素ガスを含む排出ガスとともに排出流路５２、希釈ボックス９０及び排出流路９４を介して大気に排出するための比較的に小流量用の小径の開閉弁であるドレイン弁５０が設けられている。
【００３１】
一方、空気供給口２４には、空気供給流路３４が連通され、この空気供給流路３４には、大気からの空気を圧縮して供給するエアコンプレッサ用モータと一体となった上記のエアコンプレッサ３６が接続される。
【００３２】
また、空気排出口２６は、空気排出流路４０、希釈ボックス９０及び排出流路９４を通じて大気に連通している。
【００３３】
希釈ボックス９０は、パージ弁３０、排出流路３２及び排出流路５２を通じて供給される燃料ガス（排ガス）を空気排出流路４０から供給される酸化剤ガスにより希釈して外部に排出する機能を有する。
【００３４】
また、燃料電池１４には、図示しない電動モータ等の負荷に供給される発電電流Ｉｆと、燃料電池１４のスタックを構成する各燃料電池セルの各発電電圧（各セル電圧）Ｖｆを検出する電圧・電流センサ６０が取り付けられている。
【００３５】
さらに、燃料電池システム１０には制御装置７０が設けられ、この制御装置７０により、燃料電池システム１０の水素タンク４２の図示しない遮断弁、パージ弁３０、及びドレイン弁５０の開閉、エアコンプレッサ３６等の補機の制御等を含め、全ての動作が制御される。
【００３６】
制御装置７０は、コンピュータ（ＥＣＵ）により構成され、発電電圧Ｖｆ、発電電流Ｉｆ等の各種入力に基づきメモリに記憶されているプログラムを実行することで各種の機能を実現する機能手段としても動作する。
【００３７】
この実施形態において、制御装置７０は、発電電圧Ｖｆの変化を監視する電圧監視手段、パージ弁３０及びドレイン弁５０の開閉を制御する排出制御手段の他、計時手段（カウンタ・タイマ）等、各機能手段の全部あるいは一部として機能する。
【００３８】
なお、図１において、二重線は配管を示し、実線は信号線を示す。パージ弁３０が連通する配管である排出流路３２の径は、ドレイン弁５０が連通する配管である排出流路５２の径より大径となっている。パージ弁３０とドレイン弁５０とは同時に開かれることはないが、パージ弁３０の径がドレイン弁５０の径より大径となっているので、パージ弁３０を開いたときには、ドレイン弁５０を開いたときに比較して、大流量の排ガスが希釈ボックス９０、排出流路９４を介して大気に排出される。実際上、ドレイン弁５０を開いたときには、排ガスと同時に、燃料電池１４のアノード電極に付着している液滴も吹き飛ばされ、排出流路３２、希釈ボックス９０、及び排出流路９４を通じて大気に排出されるので、発電安定性の低下を最小限に抑制することができる。
【００３９】
燃料電池システム１０の発電運転時には、制御装置７０による弁制御により、基本的には、パージ弁３０及びドレイン弁５０は所定インターバルで一定時間（固定時間）開弁される。
【００４０】
この発電運転時において、水素タンク４２から供給される燃料ガスが、エゼクタ４８を介し水素供給流路２８を通じて燃料電池１４の水素供給口２０に供給される。
【００４１】
水素供給口２０に供給された燃料ガスは、各燃料電池セルを構成するアノード電極に供給されアノード電極に沿って移動後、水分を含む未使用の水素ガスを含む排ガスは、水素排出口２２から排出されて循環流路４６に送られる。
【００４２】
循環流路４６に排出された排ガスは、エゼクタ４８の吸引作用下に、水素供給流路２８の途上に戻された後、再度、燃料電池１４内に燃料ガスとして供給される。この燃料ガスは、水分を含むガス、すなわち加湿ガスになっている。
【００４３】
一方、空気は、外気が圧縮された圧縮空気としてエアコンプレッサ３６から供給され、通常発電運転時には、圧縮空気が空気供給流路３４に供給される。この空気、すなわち酸化剤ガスは、空気供給口２４から各燃料電池セルを構成するカソード電極に供給されカソード電極に沿って移動後、未使用の空気を含む排ガスが、空気排出口２６から空気排出流路４０に排出される。
【００４４】
これにより、各燃料電池セルでは、アノード電極に供給される燃料ガスである水素と、カソード電極に供給される酸化剤ガス中の酸素とが反応して発電が行われる。発電電力は、図示しない負荷及びエアコンプレッサ３６に供給される。
【００４５】
このような発電状態が一定時間以上継続されると、カソード電極側で発生しカソード電極側に貯留される生成水が、電解質膜を通じてアノード電極側に伝達されアノード電極側にも貯留される。
【００４６】
すなわち、燃料電池１４において発電が開始されると、最初にカソード電極側に液滴が発生し、所定発電時間経過後にアノード電極側にも液滴が発生することになる。
【００４７】
基本的には、以上のように構成されかつ動作する燃料電池システム１０のパージ弁３０及びドレイン弁５０の発電運転中における弁開閉制御について、図２のフローチャート及び図３のタイムチャートを参照して説明する。
【００４８】
まず、図３のタイムチャート中、各フラグの意味、セット、リセットのタイミング及び条件について説明する。
【００４９】
セル電圧低下判断フラグがセット（フラグ＝１）とされる条件は、制御装置７０により電圧・電流センサ６０を通じて測定される燃料電池セルの発電電圧Ｖｆが、通常電圧よりも一定電圧低い所定電圧（閾値電圧）以下の値になったことが検出されたとき（図３中、時点ｔ１０）である。なお、発電電圧Ｖｆは、燃料電池１４のスタックを構成する単一の燃料電池セルのセル電圧が所定電圧（発電安定性が損なわれる可能性があると判断される電圧）より低下したとき以外に、複数の連続する３個等の燃料電池セルのセル電圧の合計値が、所定電圧より低下したとき、あるいは、燃料電池１４のスタック電圧（全燃料電池セル電圧の合計値）が所定電圧より低下したときとしてもよい。
【００５０】
パージインターバル成立フラグとドレインインターバル成立フラグは、それぞれ、燃料電池１４の負荷（発電電流Ｉｆで判断）、温度に応じて決定される一定時間（一定周期）毎に、パージ弁３０とドレイン弁５０を所定時間（単位時間：図３中では、隣り合う時点ｔｎ−１と時点ｔｎ間の固定時間）開弁する時機が到来（成立）したときにセットされるフラグである。なお、図３において、パージインターバル成立フラグは、フラグリセット後、３単位時間経過後にセットされ、ドレインインターバル成立フラグは、フラグリセット後、４単位時間経過後にセットされるようになっている。
【００５１】
パージ弁開弁フラグとドレイン弁開弁フラグは、そのフラグがセットされている所定時間（単位時間）だけ、パージ弁３０又はドレイン弁５０が実際に開弁されていることを示すフラグである。
【００５２】
水素排出禁止フラグは、排出流路９４から排出される排ガス中の水素濃度が希釈されていない状態であるとき、あるいは燃料電池１４の水素排出口２２の出口の圧力センサ７１により測定される圧力Ｐが大気圧より低くなっていて、パージ弁３０あるいはドレイン弁５０を開弁すると、燃料電池１４内に大気が逆流するような事態が発生するような不具合を未然に防ぐためにセットされるフラグである。
【００５３】
優先順位フラグは、値０が優先セットなし、値１から値０にリセットされた時点が、水素排出禁止フラグがセットされていないことを条件として、パージ弁３０が開弁された時点を示し、値２から値０にリセットされた時点が、水素排出禁止フラグがセットされていないことを条件として、ドレイン弁５０が開弁された時点を示している。そして、原則として、優先順位フラグがセット（１又は２と）された時点で水素排出禁止フラグがリセット状態となっていれば、優先順位フラグがセットされた弁が単位時間開弁される。
【００５４】
そこで、フローチャートのステップＳ１において、パージ弁３０又はドレイン弁５０が開弁したかどうかが判断される。
【００５５】
ステップＳ１が成立し、時点ｔ１、ｔ５、ｔ８、ｔ１１、ｔ１４に示すように、パージ弁３０又はドレイン弁５０いずれかの弁が開弁したときに、優先順位フラグがリセットされ、かつ開弁した弁のインターバル成立フラグがリセットされる。例えば、時点ｔ１でパージ弁開弁フラグがセットされたとき、パージ優先順位フラグ＝１がリセットされて優先セットなしの状態とされ、かつ時点ｔ１でパージインターバル成立フラグをリセットすることで、パージインターバル成立フラグは、３単位時間経過後の時点ｔ４でセットされる状態になるように図示しないタイマによる計時が開始される。同様に、例えば、時点ｔ５でドレイン弁開弁フラグがセットされたとき、ドレイン優先フラグ＝２がリセットされて優先セットなしの状態とされ、かつ時点ｔ５でドレインインターバル成立フラグをリセットすることで、ドレインインターバル成立フラグは、４単位時間経過後の時点ｔ９でセットされる状態になるように図示しないタイマによる計時が開始される。
【００５６】
一方、ステップＳ１において、弁３０、５０が開弁していないとき、ステップＳ３において、発電電圧（この実施形態では、燃料電池セル電圧のうちのいずれかのセル電圧）Ｖｆが低下した直後ではないかどうかが判断される。なお、発電電圧Ｖｆが低下した直後の判断は、発電電圧Ｖｆが低下してパージ優先順位フラグがセットされるまでの期間、例えば時点ｔ１０〜ｔ１１までの期間をいう。
【００５７】
発電電圧Ｖｆが低下した直後ではないと判断された通常の場合には、ステップＳ４において、時点ｔ０に示すように、ドレイン優先順位フラグのセットがなく、かつパージインターバル成立フラグがセットされたとき、ステップＳ５において、優先順位フラグがパージ優先順位フラグ＝１にセットされる。
【００５８】
次いで、ステップＳ６において、時点ｔ１〜ｔ２に示すように、水素排出禁止フラグがセットされていないことを条件に、ステップＳ７において、パージ弁３０が単位時間（例えば、時点ｔ１〜ｔ２）開弁される。
【００５９】
一方、ステップＳ３の判断において、発電電圧低下直後ではなく、ステップＳ４の判断において、ドレイン優先順位フラグがセットされていなく、又はパージインターバル成立フラグがセットされていない場合で、かつステップＳ８の判断でドレインインターバル成立フラグがセットされたとき、又はセットされているとき（時点ｔ１〜ｔ３、ｔ８〜ｔ９、ｔ１１〜ｔ１２）には、ステップＳ９において、ドレイン優先順位フラグがセットされる（時点ｔ３、ｔ９、ｔ１２）。
【００６０】
ドレイン優先順位フラグがセットされている場合には、次のステップＳ６に示す水素排出禁止フラグがリセットされているとき、例えば時点ｔ５〜ｔ６又は時点ｔ１４〜に示すように、ドレイン弁５０が単位時間開弁される。
【００６１】
次に、ステップＳ１の判断で、パージ弁３０あるいはドレイン弁５０が開弁していないときであって、ステップＳ３の判断が成立し、発電電圧低下直後である場合には、パージ弁３０の開弁を優先するために、ステップＳ１０において、時点ｔ１０に示すように、ドレイン優先順位フラグがセットされているときにはリセットする。
【００６２】
そして、ステップＳ１１において、時点ｔ１１に示すように、パージインターバル成立フラグがセットされたとき、直ちに、パージ優先順位フラグをセットする。
【００６３】
このとき、ステップＳ６の水素排出禁止フラグがセットされていないことを条件に、ステップＳ７において、時点ｔ１１に示すように、パージ弁開弁フラグがセットされ、このセット期間中の単位時間の間、パージ弁３０が開弁する。
【００６４】
以上説明したように上述した実施形態によれば、水素の排ガスの循環流路４６に設けられた排ガスを排出するパージ弁３０（反応ガス排気手段）と、水分を排出するドレイン弁５０（排水手段）の排出を制御するために、燃料電池１４の発電電圧Ｖｆを監視するとともに、排出を制御する制御装置７０（電圧監視手段、排出制御手段）とを備え、制御装置７０により発電電圧Ｖｆが所定電圧より低下したときの最初の排出は、必ず、パージ弁３０の開弁を優先するようにしているので、新鮮な反応ガスが燃料電池１４に供給されるようになり、かつ排ガスのパージ弁３０による排出時には、燃料電池１４のアノード電極側に付着している水分も同時に排出されるので、早期に発電電圧Ｖｆが回復するという効果が達成される。
【００６５】
なお、この発明は、図４に示すように、エアコンプレッサ３６が高圧の酸素タンク１３６に代替された燃料電池システム１０Ａであって、酸素供給流路３４Ａにエゼクタ１４８が設けられ、このエゼクタ１４８と酸素排出流路４０Ａとの間に酸素循環流路１４６が設けられ、さらに、酸素循環流路１４６と希釈ボックス９０との間にキャッチタンク１５１とドレイン弁１５０と排出流路１５２及びパージ弁１３０と排出流路１３２が設けられた燃料電池システム１０Ａに適用することもできる。この燃料電池システム１０Ａでは、例えば、図３のタイムチャートにおいて、パージ弁１３０が開弁したときには、これに同期してパージ弁１３０を同時に単位時間開弁し、ドレイン弁１５０が開弁したときには、これに同期してドレイン弁１５０を同時に単位時間開弁するように制御すればよい。
【００６６】
この場合、制御装置７０は、発電電圧Ｖｆが所定電圧より低下したときであって、かつ発電電圧Ｖｆが所定電圧より低下した時点ｔ１０から次のパージインターバル成立フラグがセットされるまでの期間（時点ｔ１０〜時点ｔ１１までの所定期間）内である場合に、ドレインインターバル成立フラグがセットされているとき、ドレインインターバル成立フラグを強制的にリセットし、ドレイン弁５０の開弁に優先して大流量用のパージ弁３０を開弁するようにしているので、早期に発電電圧Ｖｆを回復させることができる。
【００６７】
なお、発電電圧Ｖｆの低下後に、パージ弁３０を開弁して排ガスを優先して排出した後に、例えば、時点ｔ１４に示すように、パージインターバル成立フラグとドレインインターバル成立フラグが同時にセットされた場合又は先にドレインインターバル成立フラグがセットされていた場合には、ドレイン弁５０を開弁して水分を排水するようにしているので、たとえ上記のように発電電圧Ｖｆの低下直後の排出をパージ弁３０による排出に優先しても、その次にはドレイン弁５０が開弁するように制御しているのでキャッチタンク５１に貯留される水分があふれる事態を未然に防止することができる。このようにすれば、水分も確実に排水することができる。すなわち、この実施形態によれば、セル電圧の早期回復と適切な排水を両立させることができる。
【００６８】
なお、パージ弁３０と排出流路３２の径が、ドレイン弁５０と排出流路５２の径よりも大径としているので、排ガスと同時に水滴を効率良くパージ弁３０と排出流路３２を利用して排出することができる。
【００６９】
また、パージ弁３０の作動は、予め定められた単位時間（第１固定時間）だけ行い、ドレイン弁５０の作動は、予め定められた単位時間（第２固定時間：この実施形態では、第１固定時間と同一の時間としているが、燃料電池システム１０、１０Ａに応じて異なる時間としてもよい。）だけ行うようにしているので、制御がフィードフォワード制御となり、フィードバック制御に比べて安定性に優れ、かつ構成が簡易になり廉価にできる。なお、第１固定時間と第２固定時間とは、燃料電池の負荷（発電電力）や温度に応じて予め適切な時間を定めることができる。この場合、第１固定時間と第２固定時間とは、同一の時間にすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】この発明の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】排出制御の動作説明に供されるフローチャートである。
【図３】排出制御の動作説明に供されるタイムチャートである。
【図４】この発明の他の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０、１０Ａ…燃料電池システム        １４…燃料電池
３０、１３０…パージ弁                ４６…循環流路
５０、１５０…ドレイン弁              ５１、１５１…キャッチタンク
７０…制御装置
【図１】
0004666629.tif 000002
【図２】
0004666629.tif 000003
【図３】
0004666629.tif 000004
【図４】
0004666629.tif 000005