(57)【要約】    【課題】  パージ量を正確に制御可能な燃料電池システムを提供する。    【解決手段】  燃料電池（１０）の出口に接続されたパージ弁（ＳＶ５）を開閉してアノードオフガスを排出する燃料電池システムにおいて、パージを実施する際に、燃料電池（１０）の出口圧に応じてパージ弁（ＳＶ５）の開閉を制御可能に構成（２０）されている。パージを実施する場合、燃料電池の出口圧が参照され、その出口圧相当量に応じてパージ弁の開閉を制御、すなわち、パージする時間長や頻度、または、パージ弁が流量制御可能な弁である場合にはその流量の制御が行われるので、予定していた流量のガスを排出可能である。【選択図】    図１
2005243491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の出口に接続されたパージ弁を開閉してアノードオフガスを排出する燃料電池システムにおいて、
パージを実施する際に、前記燃料電池の出口圧に応じて前記パージ弁の開閉状態を制御可能に構成されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池の出口圧は、前記アノード出口圧である、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
当該燃料電池システムは、前記アノードオフガスとカソードオフガスとを合流させる構成を備え、
前記燃料電池の出口圧は前記カソード出口圧である、請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池の出口圧を大気圧に応じて補正して前記パージ弁の開閉を制御する、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池の出口圧が、前記アノード出口圧と前記カソード出口圧との差圧である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記パージ弁が開放されている期間における前記パージ弁の流量相当値を積算し、積算された前記流量相当値に応じて前記パージ弁の開閉を補正する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記流量相当値が所定の基準量を上限とするように、前記パージ弁の開閉を制御する、請求項６に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パージ弁を備える燃料電池システムに係り、特にパージを制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池を用いたシステムでは、燃料極に燃料ガスを供給する系統において、電気化学反応で生じた水や空気に含まれる窒素が不純物として蓄積するため、一定時間水素ガスを排出するパージを実施することがある。例えば、特開２００２―２８９２３７号公報では、燃料極側の循環経路から分岐した排出流路にシャットバルブを設け、循環している水素ガス中の濃度が上がってきたら、シャットバルブを開いて、循環している不純物を含む水素ガスの一部を排出するものであった（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２―２８９２３７号公報（段落番号００６４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、バルブを通過する気体の流量はバルブ前後の圧力の影響を受けるところ、上記従来の技術ではシャットバルブの上流の圧力や下流の圧力を考慮していなかったことから、排出される不純物が期待したとおりの排出量から逸脱する場合があった。
【０００４】
そこで本発明は、パージ量を正確に制御可能な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】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は、燃料電池の出口に接続されたパージ弁を開閉してアノードオフガスを排出する燃料電池システムにおいて、パージを実施する際に、燃料電池の出口圧に応じてパージ弁の開閉状態を制御可能に構成されていることを特徴とする。
【０００６】
パージ弁を通過する気体の流量、すなわちパージ量は上流側に相当するパージ弁の一次側の圧力と、下流側に相当するパージ弁の二次側の圧力とに影響を受ける。上記構成によれば、パージを実施する場合、燃料電池の出口圧が参照され、その出口圧相当量に応じてパージ弁の開閉状態を制御、すなわち、パージする時間長や頻度、または、パージ弁が流量制御可能な弁である場合にはその流量の制御が行われるので、予定していた流量のガスを排出可能である。
【０００７】
ここで「燃料電池の出口圧」とは、燃料電池に流入し電気化学反応に供された後に排出されて出てきた気体の圧力の総称であり、特定の配管位置には限定されないものである。「出口圧」といっても圧力検出手段で測定される直接的な圧力のみならず、燃料電池の発電量、負荷、その他の要素から推定できる圧力に対応する値をこの「出口圧」として取り扱うことができる。
【０００８】
また「開閉状態」とは、弁の開閉のみならず、弁開度や開閉時間も含む概念である。
【０００９】
例えば燃料電池の出口圧をアノード出口圧としてもよい。アノード出口圧はパージ弁の一次側の圧力であり、パージ弁が開放された際のパージ弁の流量に影響を与える要素だからである。ここで「アノード出口圧」とは、燃料電池の燃料ガスの排出口から下流方向の圧力の総称であり、パージ弁の入口当たりまでで検出することが可能な圧力をいう。
【００１０】
また、燃料電池の出口圧をカソード出口圧とすることもできる。パージ弁の二次側圧力もパージ弁が開放された際のパージ弁の流量に影響を与える要素であり、カソード出口圧は空気の排出口の圧力であり、パージ弁の二次側も排出口であることから、カソード出口圧がパージ弁の二次側の圧力と相関関係があるからである。ここでは、さらに当該燃料電池システムは、アノードオフガスとカソードオフガスとを合流させる構成を備えている。この構成によれば、例えばカソードオフガスがアノードオフガスを希釈するために合流していることになり、カソードオフガスの圧力が、前記パージ弁の二次側の圧力に対応している。ここで、「カソード出口圧」とは、燃料電池の空気の排出口から下流方向の圧力の総称であり、カソードオフガスとアノードオフガスとの合流点付近の圧力や、その合流点から遡ってパージ弁の出口当たりまでのパージ弁の二次側の圧力をいう。
【００１１】
ここで、燃料電池の出口圧を大気圧に応じて補正してパージ弁の開閉を制御することは好ましい。パージ弁の二次側の圧力はほぼ大気圧付近に制御されることが多いが、高所など、低地における大気圧からずれる場合には、その大気圧の変動に応じた補正をした方が好ましいのである。これは特にパージ弁の二次側の圧力を、低地における大気圧下における二次圧を基準とする推定演算で得る場合に必要である。
【００１２】
また、燃料電池の出口圧を、アノード出口圧とカソード出口圧との差圧とすることも好ましい。パージ弁の一次側と二次側との差圧もパージ弁が開放された際のパージ弁の流量の影響を与える要素だからである。
【００１３】
また、パージ弁が開放されている期間におけるパージ弁の流量相当値を積算し、積算された流量相当値に応じてパージ弁の開閉を補正することは好ましい。パージされたアノードオフガスは高濃度であると燃える可能性があるため、燃焼可能な濃度以下にして排出する必要がある。上記構成によれば、パージ弁を流れたアノードオフガスの積算量が監視され、燃焼しやすい量となる前にパージ弁の開閉状態が制御（例えば閉鎖）される。
【００１４】
例えば、流量相当値が所定の基準量を上限とするように、パージ弁の開閉が制御される。基準量をアノードオフガスの燃焼可能な流量より少なく設定しておくことにより、アノードオフガスが燃えることを回避可能である。
【発明の効果】
【００１５】
以上本発明によれば、燃料電池の出口圧が参照され、その出口圧相当量に応じてパージ弁の開閉を制御するので、必要な量のアノードオフガスを排出可能であり、パージ量を正確に制御可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に本発明を実施するための好適な実施形態を、図面を参照しながら説明する。以下の実施形態は本発明の一形態に過ぎず、本発明はこれに限定されずに適用可能である。
【００１７】
（実施形態１）
この実施形態１は、電気自動車等の移動体に搭載する燃料電池システムに本発明のパージ制御方法を適用したものである。図１に本燃料電池システムのシステム全体図を示す。図１に示すように、当該燃料電池システムは、燃料電池スタック１０に燃料ガスである水素ガスを供給するための系統と、酸素源として空気を供給するための系統と、燃料電池スタック１０を冷却するための系統とを備えて構成されている。
【００１８】
燃料電池スタック１０は、水素ガス、空気、冷却水の流路を有するセパレータと、一対のセパレータで挟み込まれたＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）と、から構成されるセルを複数積層したスタック構造を備えている。ＭＥＡは高分子電解質膜を燃料極及び空気極の二つの電極を挟み込んだ構造をしている。燃料極は燃料極用触媒層を多孔質支持層状に設けてあり、空気極は空気極用触媒層を多孔質支持層上に設けてある。燃料電池は水の電気分解の逆反応を起こすものであるために、アノード（陰極）である燃料極側にはアノードガスである水素ガスが供給され、カソード（陽極）である空気極側には酸素を含んだカソードガス（空気）が供給され、燃料極側では式（１）のような反応を、空気極側では式（２）のような反応を生じさせて電子を循環させ電流を流すものである。
【００１９】
Ｈ2  →  ２Ｈ+＋２ｅ-  …（１）
２Ｈ+＋２ｅ-＋（１／２）Ｏ2  →  Ｈ2Ｏ  …（２）
アノードガスの供給系統は、水素ガス供給源としての水素タンク１１、元弁ＳＶ１、調圧弁ＲＧ、燃料電池入口遮断弁ＳＶ２、燃料電池スタック１０を経て燃料電池出口遮断弁ＳＶ３、気液分離機１２及び遮断弁ＳＶ４、水素ポンプ１３、及び逆止弁ＲＶを備えている。本実施形態１の燃料電池システムは、調圧弁ＲＧの上流側に逆止弁ＲＶの出力が接続されて循環経路Ｒが形成されているものである。
【００２０】
水素タンク１１には高圧の水素ガスが充填されている。水素供給源としては高圧水素タンクの他に、水素吸蔵合金を用いた水素タンク、改質ガスによる水素供給機構、液体水素タンク、液化燃料タンク等種々のものを適用可能である。元弁ＳＶ１は、水素ガスの供給を制御する。調圧弁ＲＧは循環経路Ｒの圧力を決定する。燃料電池入口遮断弁ＳＶ２及び出口遮断弁ＳＶ３は、燃料電池の発電停止時等に閉鎖される。
【００２１】
気液分離器１２は、通常運転時において燃料電池スタック１０の電気化学反応により発生する水分その他の不純物を水素オフガス中から除去し、遮断弁ＳＶ４を通じて外部に放出するものである。水素ポンプ１３は、制御部２０の制御信号に基づいて、循環経路Ｒ中の水素ガスを強制循環させる。
【００２２】
燃料電池出口遮断弁ＳＶ３の出口から下流の循環経路Ｒであって逆止弁ＲＶまでに流通する水素オフガスが本発明のアノードオフガスに相当し、これらの経路で検出される圧力が本発明のアノード出口圧に相当する。
【００２３】
逆止弁ＲＶの手前には排出経路に分岐しており、排出経路上には本発明のパージ弁に相当する遮断弁であるパージ弁ＳＶ５が設けられている。パージ弁ＳＶ５の一次側（上流側）には、アノードオフガスの圧力を測定する圧力センサｐ１及び温度を測定する温度センサｔ１が設けられ、パージ弁ＳＶ５の二次側（下流側）には、カソードオフガスの圧力を測定する圧力センサｐ２が設けられている。なお以下の実施形態では、圧力センサｐ２を頼らず、二次側の圧力を推定で求めている。各弁の開閉は制御部２０からの制御信号に応じるものとなっている。
【００２４】
カソードガスの供給系統としては、エアクリーナ２１、コンプレッサ２２、加湿器２３を備えている。エアクリーナ２１は、外気を浄化して燃料電システムに取り入れる。コンプレッサ２２は、取り入れられた空気を制御部２０の制御信号に基づいて圧縮することによって燃料電池スタック１０に供給される空気量や空気圧を変更するようになっている。加湿器２３は圧縮された空気とカソードオフガスと間で水分の交換を行って適度な湿度を加える。エアクリーナ２１の空気取り入れ口付近には圧力センサｐ３が設けられ、外気圧（大気圧）を検出可能になっている。
【００２５】
燃料電池スタック１０から排出されたカソードオフガスは希釈器１４に供給されて、パージ弁ＳＶ５から排出されたアノードオフガスと混合される。すなわち可燃性のあるアノードオフガスをカソードオフガスが希釈するように構成されている。このためアノードオフガスとカソードオフガスはほぼ大気圧の近傍の圧力になっており、両者の圧力差は大きくはない。このため、パージ弁ＳＶ５直後の二次側の圧力は、ほぼ大気圧であってカソードオフガスの圧力に近いものとなっている。
【００２６】
なお、燃料電池スタック１０の冷却系は、ラジエタ３１、ファン３２、及び冷却ポンプ３３を備え、冷却水が燃料電池スタック１０内部に循環供給されるようになっている。
【００２７】
制御部２０はＥＣＵ（Electric Control Unit）等の公知のコンピュータシステムであり、図示しないＲＯＭ等に格納されているソフトウェアプログラムを図示しないＣＰＵ（中央処理装置）が順次実行することにより、当該システムに本発明のパージ制御方法を実施させることが可能になっている。
【００２８】
上記構成において、燃料電池スタック１０にアノードガスである水素ガスとカソードガスである空気が供給されると、式（１）及び（２）に示す電気化学反応が生じて発電が行われる。発電を継続すると、不純物が発生して蓄積されていく。カソードオフガスの流路は循環経路が形成されておらず、カソードオフガスが希釈器１４を介して排出されるので、不純物蓄積の弊害は少ない。一方、アノードオフガスは循環経路Ｒを循環することになるため、不純物が時間の経過とともに蓄積される。このため、定期的にパージ弁ＳＶ５を開放して不純物を含むカソードオフガスを排出するパージを実行せねばならない。パージを実施する際に、本実施形態では燃料電池スタック１０の出口圧に応じてパージ弁ＳＶ５の開閉を制御するようになっている。
【００２９】
すなわち、パージ弁を通過するガスの流量ｑは、一次側圧力をＰ１、二次側圧力Ｐ２、一次側圧力と二次側圧力との差圧をΔＰ、一次側ガス温度をＴとすると、次の関係がある。
【００３０】
ｑ ∝ √（ΔＰ＊Ｐ２）＊√（１／Ｔ）      …（３）
ΔＰ＝Ｐ１―Ｐ２
図４は遮断弁の二次側圧力を固定した場合のガス温度とガス流量との関係を示し、図５は遮断弁の一次側圧力を固定した場合のガス温度とガス流量との関係を示している。図４に示すように、遮断弁の一次側圧力を上昇させるとガス流量が増加する。また図５に示すように、遮断弁の二次側圧力を減少させると流量が増加する。いずれの場合もガス温度の影響も若干存在する。これらの特性図は、式（３）の関係を表している。
【００３１】
本実施形態では、式（３）に鑑み、パージ弁ＳＶ５の一次側圧力Ｐ１及びパージ弁ＳＶ５の二次側圧力Ｐ２の推定値を求めてパージすべきアノードオフガスの流量ｑを求め、パージ弁ＳＶ５を開放させる時間と頻度を制御する。
【００３２】
ここで、不純物は幾つかの原因によって蓄積される。まず、前回の運転によって残留していた不純物がある。この不純物は、前回の運転停止から経時的に減少していくものなので、この減少特性のマップを参照することで求めることができる。
【００３３】
次にＭＥＡの電解質膜を介して空気極側から漏れてくる窒素等の不純物がある。図３に示すように、このクロスリークによる不純物濃度は、運転開始からの経過時間に応じて変化するため、クロスリークによる不純物濃度のマップを参照することで求めることができる。
【００３４】
さらに水素ガスに含まれる不純物も蓄積される。このアノードガス自体に含まれる不純物の量はアノードガスの使用量に対応し、アノードガスの使用量は発電量（電力量）に値対応するため、発電量と不純物量との関係マップを参照することで求めることができる。
【００３５】
以上の要因で蓄積される不純物の濃度が高まったらパージする必要が生じる。図２に示すフローチャートに基づいて、本実施形態におけるパージ制御方法をさらに具体的に説明する。
【００３６】
まず起動時である場合には（Ｓ１：ＹＥＳ）、上記最初の要因による不純物蓄積を考慮する必要がある。制御部２０は前回の運転停止からの放置時間と不純物の減少との関係を示すデータマップを参照し、運転開始時に循環経路Ｒに残留している不純物濃度を把握する（Ｓ２）。
【００３７】
次に第２の要因による不純物蓄積量を把握するため、制御部２０は図３に示すような前回パージ後からの経過時間ｔと蓄積される不純物濃度Ｃと関係を示すデータマップを参照し、クロスリークによる不純物蓄積濃度を把握する（Ｓ３）。
【００３８】
さらに第３の要因による不純物蓄積量を把握するため、制御部２０は前回パージ後からの発電総量を参照し、アノードガスの総使用量を推測し、それに基づいて定まる水素ガスの純度不足に起因して蓄積された不純物濃度を把握する（Ｓ４）。
【００３９】
制御部２０は、第１の要因、第２の要因、及び第３の要因によってそれぞれ定まる不純物濃度を合計して、前回パージ後から蓄積された不純物濃度を計算する（Ｓ５）。
【００４０】
不純物濃度が求められると、その濃度の不純物を排出するために必要なパージ流量が定まるため、制御部２０は不純物濃度と必要パージ流量とのデータマップを参照して、一定温度におけるパージ流量を定める（Ｓ６）。ここでアノードオフガスの温度は、パージを実行した回数との関係で定まる。制御部２０は、両者の関係を示すデータマップを参照し、運転開始からのパージ回数から定まるアノードオフガスの温度を推測する（Ｓ８）。もちろん、温度センサｔ１からの検出信号を参照することにより、一次側圧力を直接的に測定してもよい。
【００４１】
次にパージ弁の二次側圧力を求めるため、制御部２０は燃料電池システムの要求負荷量を参照し、燃料電池スタック１０に対する負荷量、すなわち要求発電量に対応して一義的に定まる空気量、すなわちカソードオフガスの流量を演算する（Ｓ９）。パージ弁ＳＶ５の二次側の圧力はカソードオフガスの流量に対応している。そのため制御部２０は、カソードオフガスの流量と圧力とのデータマップを参照してカソードオフガスの圧力、すなわちパージ弁ＳＶ５の二次側圧力を推定する（Ｓ１０）。
【００４２】
ここで上記カソードオフガスの圧力を推定するためのデータマップは大気圧における関係を示すものであり、電気自動車が高地を走行しており、外気圧が低地における標準大気圧（例えば１０１３ｈＰａ）からずれる場合にはそのずれの程度に応じた補正が必要である。そこで、制御部２０は、大気圧を測定可能な圧力センサｐ３の検出信号を参照して、その検出信号から把握される外気圧に応じて、ステップＳ１０で算出したパージ弁ＳＶ５の二次側圧力を補正する（Ｓ１１）。
【００４３】
パージ弁ＳＶ５の二次側圧力が推定できたら、制御部２０は圧力センサｐ１の検出信号を参照してパージ弁ＳＶ５の一次側圧力を測定する（Ｓ１２）。これによって式（３）の演算に必要なパラメータである、カソードオフガスの温度Ｔ、パージ弁ＳＶ５の一次側圧力Ｐ１、及び二次側圧力Ｐ２が総て把握できたので、制御部２０はパージ弁ＳＶ５の有効断面積等から定まる制約を考慮した式（３）の計算式または図４や図５の関係を示すデータマップを参照することによって、パージ弁ＳＶ５を流すことが可能なガスの流量を求める。パージ弁ＳＶ５の流量と、ステップＳ５で求めた不純物を排出するための必要パージ流量から、パージ弁ＳＶ５の開弁時間ｔ１を求める（Ｓ１３）。
【００４４】
ここで、アノードオフガスはカソードオフガスで希釈する必要がある。アノードオフガスの濃度が所定の基準値以上に上がりすぎると燃える可能性があるからである。そこで、制御部２０は、ステップＳ９で求めてあるカソードオフガスの流量に鑑み、排出することのできるカソードオフガスの最大量から、パージ弁ＳＶ５が最大開弁させてよい時間ｔ２を求める（Ｓ１４）。当該時間ｔ２以下の時間であれば、希釈されて排出されるオフガスが燃える可能性を抑制できる。
【００４５】
そこで制御部２０は不純物排除の観点から計算された開弁時間ｔ１と燃焼防止の観点から計算された開弁時間ｔ２とを比較し（Ｓ１５）、前者が後者を越えてしまった場合には（Ｓ１５：ＹＥＳ）上限値として開弁時間ｔ２を選択し（Ｓ１６）、前者が後者以下の場合には（Ｓ１５：ＮＯ）開弁時間ｔ１を選択する（Ｓ１７）。
【００４６】
なお、上記実施形態ではパージ弁ＳＶ５の二次側圧力を推定演算によって求めていたが、圧力センサｐ２の検出信号を参照することによって、直接的に測定してもよい。
【００４７】
以上の本実施形態１によれば、燃料電池スタック１０のアノードオフガスの圧力及びカソードオフガスの圧力からパージ弁ＳＶ５の通過流量を正確に求め、パージ時間長を定めるので、不純物を確実に排出することができる。
【００４８】
また本実施形態１によれば、外気圧を測定してその測定値に応じてカソードオフガスの圧力を補正するので、当該燃料電池システムが高地などの大気圧が低地と異なる場所にあったとしても正確にパージ制御が行える。
【００４９】
さらに本実施形態１によれば、パージ可能な最大時間を超えないようにパージ制御されるので、オフガスが燃焼する可能性を確実に抑制することができる。  
【００５０】
（実施形態２）
前記実施形態１では、パージ弁を通過可能な流量を予め推定し開弁時間を定めていたが、本発明の実施形態２は、開弁時間を定める代わりにパージ弁の通過流量を積算し、この積算量が必要パージ流量に達した否かでパージ弁の開閉を制御するものである。
【００５１】
本実施形態２に使用する燃料電池システムは実施形態１で示したものと同じものとする。なお、実施形態１ではパージ二次側圧力を演算による推定で求めることとしていた。本実施例においても同様の手法で二次側圧力を推定するようにしてもよいが、ここでは話を簡単にするためパージ弁ＳＶ５の二次側圧力を直接測定する圧力センサｐ２の検出信号を利用するものとする。
【００５２】
図６に、本実施形態２におけるパージ制御を説明するフローチャートを示す。必要とされるパージ流量の把握は、上記実施形態１における処理（Ｓ１〜Ｓ６）と同様であるため説明を省略する。すなわち図６のフローチャートに移行する時には必要パージ量の把握が終了しているものとする。
【００５３】
パージ処理をする場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、まず制御部２０はパージ弁ＳＶ５を開放する（Ｓ２２）。ここで図７に示すように、開弁直後は圧力不安点領域が存在する。そこで制御部２０は圧力が安定する迄待って（Ｓ２３）、流量の積算を開始する。
【００５４】
流量の積算をするために、制御部２０は圧力センサｐ１の検出信号を参照してパージ弁ＳＶ５の一次側圧力Ｐ１を特定し（Ｓ２４）、圧力センサｐ２の検出信号を参照してパージ弁ＳＶ５の二次側圧力Ｐ２を特定する（Ｓ２５）。そして一次側圧力Ｐ１から二次側圧力を減算してパージ弁の圧力差ΔＰを算出する（Ｓ２６）。
【００５５】
圧力差ΔＰ、一次側圧力Ｐ１、二次側圧力Ｐ２が定まれば、このパージ弁ＳＶ５の有効断面積を考慮に入れて短時間当たりの流量ｑが定まる。制御部２０はこの流量ｑを演算し（Ｓ２７）、前回までの積算値Ｑｎ−１に今回演算した流量ｑを加える累積演算を行う（Ｓ２８）。
【００５６】
そしてこの積算値Ｑが所定値Ｑｔｈを越えない限り（Ｓ２９：ＮＯ）、積算演算が繰り返される（Ｓ２４〜Ｓ２８）。この所定値Ｑｔｈは、上記実施形態１で演算された必要パージ流量とすることができる。また、オフガスの燃焼を防止するためにパージ可能時間の上限量としてもよい。すなわち、実施形態１のステップＳ１５〜Ｓ１７で実施していた開弁時間の比較を流量の比較に換算し直して、同様の判断をしてもよい。
【００５７】
積算値Ｑが所定値Ｑｔｈを越えたら（Ｓ２９：ＹＥＳ）、制御部２０はパージ弁ＳＶ５を閉鎖する制御信号を出力して処理を終える（Ｓ３０）。なおパージ終了時にこの積算値Ｑはリセットされゼロとされる。
【００５８】
上記したように本実施形態２によれば、パージ弁を実際に通過するガスの流量を積算することによってもパージ制御が行え、実施形態１と同様の作用効果を奏することが可能である。
【００５９】
特に本実施形態によれば、パージ弁ＳＶ５の二次側の圧力変化（背圧・大気圧・水詰まり等の外乱）の影響があっても、パージ流量を一定に保つことができ、適正なパージ量を確保することができ、燃料電池を安定して運転させることが可能である。そしてパージをし過ぎることによる燃費の悪化を防ぐこともできる。
【００６０】
なお、上記実施形態２では、パージ弁ＳＶ５を通過する瞬時流量ｑを求めてそれを積分していたが、代わりにパージ弁の圧力差ΔＰを積算しても一義的に通過流量が定められるので、圧力差ΔＰから求められる積算流量を用いてもよい。
【００６１】
また、上記実施形態２では簡単にするためパージ弁ＳＶ５の二次側圧力を圧力センサによって測定していたが、上記実施形態１と同様に二次側圧力を推定したり、二次側圧力を大気圧と見なしたり、さらに大気圧センサによる補正を加えたりする推定演算によって求めるものでもよい。
【００６２】
（その他の実施形態）
本発明は上記各実施形態に限定されることなく種々に変更して利用することができる。例えば、上記燃料電池システムは循環経路Ｒを調圧弁ＲＶの上流側に接続するような形態のシステムに適用していた。この形態は水素ポンプの動作による脈動が調圧弁ＲＧの下流に伝達されないため、調圧弁ＲＧ下流のガス漏れ検査に適するものであるが、このような形態に限定されるものではない。
【００６３】
例えば、図８に示すように、循環経路Ｒを調圧弁ＲＶの下流側に接続するような燃料電池システムに本発明をそのまま適用することも可能である。このようなシステムによれば、循環経路Ｒの水素ポンプ１３の圧力変化が調圧弁ＲＶの上部に伝達されないので、元弁ＳＶ１のガス漏れ検査を正確に行う場合に有利である。
【００６４】
また図９に示すように、循環経路を設けない燃料電池システムに本発明をそのまま適用することも可能である。さらに希釈器１４を設けないシステムに本発明を適用してもよい。この場合、カソードオフガスの圧力は直接パージ弁ＳＶ５の二次側圧力とはならないので、圧力センサによる直接測定または二次側圧力が大気圧であるとの推定が必要となる。
【００６５】
またパージ遮断弁の制御は、上記したような開閉時間を制御することの他に、弁開度を制御して流量を調整するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本実施形態１に係る燃料電池システムのブロック図。
【図２】本実施形態１に係る燃料電池システムのパージ制御方法を説明するフローチャート。
【図３】経過時間と不純物濃度との関係を示す図。
【図４】二次側圧力を一定にした場合のガス温度と弁通過ガス流量との関係図。
【図５】一次側圧力を一定にした場合のガス温度と弁通過ガス流量との関係図。
【図６】本実施形態２に係る燃料電池システムのパージ制御方法を説明するフローチャート。
【図７】本実施形態２に係るパージ弁開閉と一次側圧力、二次側圧力、及び圧損積算値との関係を示すタイミングチャート。
【図８】変形例に係る燃料電池システムのブロック図。
【図９】その他の変形例に係る燃料電池システムのブロック図。
【符号の説明】
【００６７】
ｐ１〜ｐ３…圧力センサ、ｔ１…温度センサ、ＲＧ…調圧弁、ＳＶ１…元弁、ＳＶ２…燃料電池入口遮断弁、ＳＶ３…燃料電池出口遮断弁、ＳＶ４…遮断弁、ＳＶ５…パージ遮断弁、ＲＶ…逆止弁、１０…燃料電池スタック、１１…高圧水素タンク、１２…気液分離器、１３…水素ポンプ、１４…希釈器、２０…制御部、２１…エアクリーナ、２２…コンプレッサ、２３…加湿器、３１…ラジエタ、３２…ファン、３３…冷却水ポンプ
【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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