(57)【要約】【課題】燃料電池内部の燃料ガス流路における水の滞留を除去、防止することを目的とする。【解決手段】制御回路５０は、排出部バルブ２３１を閉じ、目標圧力Ｐｉｒｅｆを実現するために一般的に要求される待機基準時間Ｔｉｍｅｐｒｅｆが経過するまで待機し、燃料オフガス循環ポンプ入口圧力センサ５４によって検出された燃料オフガス循環ポンプ入口圧力Ｐｉが目標圧力Ｐｉｒｅｆ未満であるか否かを判定する。制御回路５０は、燃料オフガス循環ポンプ入口圧力Ｐｉ＜目標圧力Ｐｉｒｅｆであると判定した場合には、排出部バルブ２３１を開弁する。この結果、燃料電池ＦＣの排出部１２から燃料オフガス循環ポンプ２４までの燃料オフガス循環管２３の圧力は燃料電池ＦＣ内部圧力よりも低くなり、両圧力の間には大きな圧力差が生じ、燃料電池ＦＣ内部の燃料ガス流路に滞留していた水分、セルの電極面に付着していた水分が移動、除去される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
燃料ガスを導入するための導入部と燃料オフガスを排出するための排出部とを有する燃料電池と、
前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給源と、
一端が前記導入部と接続されていると共に他端が前記燃料ガス供給源と接続されている燃料ガス供給管と、
一端が前記排出部と接続されていると共に他端が前記燃料ガス供給管と接続されている燃料オフガス循環管と、
前記燃料オフガス循環管に配置されている燃料オフガス循環器と、
前記燃料オフガス循環管よりも前記排出部側の前記燃料オフガス循環管に配置され、前記燃料オフガス循環管の上流と下流とを連通または非連通とする排出部バルブと、
所定条件時には前記排出部バルブを非連通状態にすると共に、前記燃料オフガス循環器を所定時間駆動させた後、前記排出部バルブを連通状態にする制御器とを備える燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムはさらに、
前記燃料電池の発電効率を検出する発電効率検出手段を備え、
前記所定条件時は、前記燃料電池の発電効率が所定効率以下の場合である燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記発電効率検出手段は前記燃料電池のセル電圧を検出する電圧センサであり、
前記燃料電池の発電効率が所定効率以下の場合とは、前記燃料電池に対する同一の要求出力に対して、前記電圧センサにより検出された前記セル電圧が所定電圧以下の場合である燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムはさらに、
前記燃料電池に対する要求負荷を検出する負荷検出センサと、
前記燃料電池の温度を検出する温度センサとを備え、
前記所定条件時とは前記検出された前記燃料電池の負荷が判定負荷値よりも低く、前記検出された前記燃料電池の温度が判定温度よりも低い場合である燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の燃料電池システムはさらに、
前記排出部バルブと前記燃料オフガス循環器との間にある前記燃料オフガス循環管の管内圧力を検出する圧力検出器と、
前記制御器によって前記排出部バルブが非連通状態にされていると共に、前記燃料オフガス循環器が駆動されている際に、前記圧力検出器により検出された管内圧力が所定圧力以下とならない場合には、前記排出部バルブまたは前記燃料オフガス循環器が動作不良であると判定する動作判定器を備える燃料電池システム。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池システムはさらに、
前記燃料オフガス循環器の負荷を検出する循環器負荷検出器を備え、
前記動作判定器は、前記検出された前記燃料オフガス循環器の負荷が所定値以下の場合には、前記排出部バルブの動作不良であると判定する燃料電池システム。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料電池システムにおいて、
前記動作判定器は、前記検出された前記燃料オフガス循環器の負荷が所定値よりも大きい場合には、前記燃料オフガス循環器の動作不良であると判定する燃料電池システム。
【請求項８】
請求項５に記載の燃料電池システムはさらに、
前記動作判定器によって前記排出部バルブまたは前記燃料オフガス循環器が動作不良であると判定された場合には、前記燃料オフガス循環器に対して循環速度の上昇を指示する循環速度指示器と、
前記燃料オフガス循環器の循環速度を検出する循環速度検出器とを備え、
前記動作判定器は、前記循環速度の上昇が検出されても、前記圧力検出器により検出される管内圧力が前記所定圧力以下とならない場合には、前記排出部バルブの動作不良であると判定する燃料電池システム。
【請求項９】
請求項８に記載の燃料電池システムにおいて、
前記動作判定器は、前記循環速度の上昇が検出されない場合には、前記燃料オフガス循環器の動作不良であると判定する燃料電池システム。
【請求項１０】
燃料電池システムであって、
燃料ガスを導入するための導入部と燃料オフガスを排出するための排出部とを有する燃料電池と、
前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給源と、
一端が前記導入部と接続されていると共に他端が前記燃料ガス供給源と接続されている燃料ガス供給管と、
一端が前記排出部と接続されていると共に他端が前記燃料ガス供給管と接続されている燃料オフガス循環管と、
前記燃料オフガス循環管に配置され、前記排出部と前記燃料オフガス循環管とを連通または非連通とする排出部バルブと、
前記燃料オフガス循環管の他端が接続されている位置と前記導入部との間における前記燃料供給管に配置され、前記導入部と前記燃料供給管とを連通または非連通とする導入部バルブと、
所定条件時には前記排出部バルブおよび前記導入部バルブを非連通状態とし、第１の所定時間経過後に前記導入部バルブを連通状態とし、前記第１の所定時間よりも長い第２の所定時間経過後に前記排出部バルブを連通状態にする制御器とを備える燃料電池システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の燃料電池システムはさらに、
前記燃料電池の発電効率を検出する発電効率検出手段を備え、
前記所定条件時は、前記燃料電池の発電効率が所定効率以下の場合である燃料電池システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記発電効率検出手段は前記燃料電池のセル電圧を検出する電圧センサであり、
前記燃料電池の発電効率が所定効率以下の場合とは、前記燃料電池に対する同一の要求出力に対して、前記電圧センサにより検出された前記セル電圧が所定電圧以下の場合である燃料電池システム。
【請求項１３】
請求項１０または請求項１１に記載の燃料電池システムはさらに、
前記燃料電池に対する要求負荷を検出する負荷検出センサと、
前記燃料電池の温度を検出する温度センサとを備え、
前記所定条件時とは前記検出された前記燃料電池の負荷が判定負荷値よりも低く、前記検出された前記燃料電池の温度が判定温度よりも低い場合である燃料電池システム。
【請求項１４】
燃料電池に対して燃料ガス供給管を介して燃料ガスが供給されると共に、燃料電池から排出部バルブを介して排出される燃料オフガスが燃料オフガス循環器によって燃料オフガス循環管を通じて燃料ガス供給管に循環される燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池の運転状態が予め定められた所定条件を満たしているか否かを判定し、
所定条件が満たされていると判定した場合には、前記排出部バルブを非連通状態にすると共に、前記燃料オフガス循環器を駆動させ、
前記燃料オフガス循環器を所定時間駆動させた後、前記排出部バルブを連通状態にする燃料電池システムの制御方法。
【請求項１５】
燃料ガス供給管および導入部バルブを介して燃料電池に燃料ガスが供給されると共に、燃料電池から排出される燃料オフガスが排出部バルブおよび燃料オフガス循環管を介して燃料ガス供給管に循環される燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池の運転状態が予め定められた所定条件を満たしているか否かを判定し、
所定条件が満たされていると判定した場合には、前記排出部バルブおよび前記導入部バルブを非連通状態とし、
前記排出部バルブおよび前記導入部バルブを非連通状態とした後、第１の所定時間経過後に前記導入部バルブを連通状態とし、
前記導入部バルブを連通状態とした後、第２の所定時間経過後に前記排出部バルブを連通状態とする燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池から排出される燃料オフガスが再度、燃料電池に投入される循環型の燃料供給系を備える燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
水素の酸化反応により電力を生成する燃料電池では、起電反応において水が生成されるため、生成された水が燃料供給系管路内に付着したり、燃料電池内部に形成されている燃料ガス流路（アノード流路）に滞留することが知られている。
【０００３】
燃料電池のセルは、燃料電池内部の燃料ガス流路の一部を形成しており、燃料ガス流路に滞留する水（水分）がセルの電極面に付着する場合がある。電極面に水分が付着すると起電反応が阻害されるため、セルの一部の電極面では発電が行われないこととなり発電効率が低下してしまう。また、水分が付着していない、セルの残りの電極面のみが起電反応に利用されるため、残りの電極面の使用頻度が上がり、セルの耐久性が低下してしまう。
【０００４】
そこで、燃料電池の出力をパラメータとして用い、燃料ガスの湿度を適切な範囲に調整維持することで、燃料電池の発電性能のばらつきを抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２１６８１２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃料ガスの湿度を適切に調整してもカソード側において生成された生成水が膜を介してアノード側へと浸透してしまい、また、生成水のアノード側への浸透の態様は多様であるため局部的に水が滞留することがある。かかる場合には、セパレータの流路設計によっては流路閉塞などの状態が発生することもある。
【０００７】
さらに、燃料電池内部の燃料ガス流路における水素および水を水素循環ポンプを用いて吸引する手法も考えられるが、セパレータの流路設計に起因する圧損により燃料ガス流路に滞留する水分を十分に除去することができない。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、燃料電池内部の燃料ガス流路における水の滞留を除去、防止することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
上記課題を解決するために本発明の第１の態様は、燃料電池システムを提供する。本発明の第１の態様に係る燃料電池システムは、燃料ガスを導入するための導入部と燃料オフガスを排出するための排出部とを有する燃料電池と、前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給源と、一端が前記導入部と接続されていると共に他端が前記燃料ガス供給源と接続されている燃料ガス供給管と、一端が前記排出部と接続されていると共に他端が前記燃料ガス供給管と接続されている燃料オフガス循環管と、前記燃料オフガス循環管に配置されている燃料オフガス循環器と、前記燃料オフガス循環管よりも前記排出部側の前記燃料オフガス循環管に配置され、前記燃料オフガス循環管の上流と下流とを連通または非連通とする排出部バルブと、所定条件時には前記排出部バルブを非連通状態にすると共に、前記燃料オフガス循環器を所定時間駆動させた後、前記排出部バルブを連通状態にする制御器とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の第１の態様に係る燃料電池システムによれば、所定条件時には排出部バルブを非連通状態にすると共に、燃料オフガス循環器を所定時間駆動させた後、排出部バルブを連通状態にする制御器を備えるので、燃料電池内部の燃料ガス流路における水の滞留を除去、防止することができる。
【００１１】
本発明の第１の態様に係る燃料電池システムはさらに、前記燃料電池の発電効率を検出する発電効率検出手段を備え、前記所定条件時は、前記燃料電池の発電効率が所定効率以下の場合であっても良い。燃料電池内部の燃料ガス流路における水の滞留は、燃料電池の発電効率の低下をもたらすため、燃料電池の発電効率を条件判定の指標とすることによって、適切なタイミングにて燃料電池内部の燃料ガス流路における水の滞留を除去することができる。
【００１２】
本発明の第１の態様に係る燃料電池システムにおいて、前記発電効率検出手段は前記燃料電池のセル電圧を検出する電圧センサであり、前記燃料電池の発電効率が所定効率以下の場合とは、前記燃料電池に対する同一の要求出力に対して、前記電圧センサにより検出された前記セル電圧が所定電圧以下の場合であっても良い。かかる場合には、燃料電池の発電効率を適切に検出することができる。
【００１３】
本発明の第１の態様に係る燃料電池システムはさらに、前記燃料電池に対する要求負荷を検出する負荷検出センサと、前記燃料電池の温度を検出する温度センサとを備え、前記所定条件時とは前記検出された前記燃料電池の負荷が判定負荷値よりも低く、前記検出された前記燃料電池の温度が判定温度よりも低い場合であっても良い。燃料電池温度が低い場合には燃料電池の負荷をより適切に検出することが可能となり、また、燃料電池負荷が低い場合には燃料ガス流による水分の除去が期待できない。したがって、この条件時に燃料電池内部に滞留、付着する水の除去を実行すれば、燃料電池内部の燃料ガス流路における水の滞留を効果的に除去、防止することができる。
【００１４】
本発明の第１の態様に係る燃料電池システムはさらに、前記排出部バルブと前記燃料オフガス循環器との間にある前記燃料オフガス循環管の管内圧力を検出する圧力検出器と、前記制御器によって前記排出部バルブが非連通状態にされていると共に、前記燃料オフガス循環器が駆動されている際に、前記圧力検出器により検出された管内圧力が所定圧力以下とならない場合には、前記排出部バルブまたは前記燃料オフガス循環器が動作不良であると判定する動作判定器を備えても良い。かかる場合には、燃料電池内部の燃料ガス流路における水の滞留の除去、防止と共に、排出部バルブまたは燃料オフガス循環器の動作不良を判定することができる。
【００１５】
本発明の第１の態様に係る燃料電池システムはさらに、前記燃料オフガス循環器の負荷を検出する循環器負荷検出器を備え、前記動作判定器は、前記検出された前記燃料オフガス循環器の負荷が所定値以下の場合には、前記排出部バルブの動作不良であると判定しても良い。かかる場合には、燃料オフガス循環器の負荷によって排出部バルブの動作不良を判定することができる。
【００１６】
本発明の第１の態様に係る燃料電池システムにおいて、前記動作判定器は、前記検出された前記燃料オフガス循環器の負荷が所定値よりも大きい場合には、前記燃料オフガス循環器の動作不良であると判定しても良い。かかる場合には、燃料オフガス循環器の負荷によって燃料オフガス循環器の動作不良を判定することができる。
【００１７】
本発明の第１の態様に係る燃料電池システムはさらに、前記動作判定器によって前記排出部バルブまたは前記燃料オフガス循環器が動作不良であると判定された場合には、前記燃料オフガス循環器に対して循環速度の上昇を指示する循環速度指示器と、前記燃料オフガス循環器の循環速度を検出する循環速度検出器とを備え、前記動作判定器は、前記循環速度の上昇が検出されても、前記圧力検出器により検出される管内圧力が前記所定圧力以下とならない場合には、前記排出部バルブが動作不良であると判定しても良い。かかる場合には、燃料オフガス循環器の循環速度によって排出部バルブの動作不良を判定することができる。なお、燃料オフガス循環器の循環速度とは、燃料オフガス循環器によって実現される循環速度を意味し、例えば、流速、流量、燃料オフガス循環器の回転数が該当する。
【００１８】
本発明の第１の態様に係る燃料電池システムにおいて、前記動作判定器は、前記循環速度の上昇が検出されない場合には、前記燃料オフガス循環器が動作不良であると判定しても良い。かかる場合には、燃料オフガス循環器の循環速度によって燃料オフガス循環器の動作不良を判定することができる。
【００１９】
本発明の第２の態様は、燃料電池システムを提供する。本発明の第２の態様に係る燃料電池システムは、燃料ガスを導入するための導入部と燃料オフガスを排出するための排出部とを有する燃料電池と、前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給源と、一端が前記導入部と接続されていると共に他端が前記燃料ガス供給源と接続されている燃料ガス供給管と、一端が前記排出部と接続されていると共に他端が前記燃料ガス供給管と接続されている燃料オフガス循環管と、前記燃料オフガス循環管に配置され、前記排出部と前記燃料オフガス循環管とを連通または非連通とする排出部バルブと、前記燃料オフガス循環管の他端が接続されている位置と前記導入部との間における前記燃料供給管に配置され、前記導入部と前記燃料供給管とを連通または非連通とする導入部バルブと、所定条件時には前記排出部バルブおよび前記導入部バルブを非連通状態とし、第１の所定時間経過後に前記導入部バルブを連通状態とし、前記第１の所定時間よりも長い第２の所定時間経過後に前記排出部バルブを連通状態にする制御器とを備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明の第２の態様に係る燃料電池システムによれば、所定条件時には排出部バルブおよび導入部バルブを非連通状態とし、第１の所定時間経過後に導入部バルブを連通状態とし、前記第１の所定時間よりも長い第２の所定時間経過後に排出部バルブを連通状態にする制御器を備えるので、燃料電池内部の燃料ガス流路における水の滞留を除去、防止することができる。
【００２１】
本発明の第２の態様に係る燃料電池システムはさらに、前記燃料電池の発電効率を検出する発電効率検出手段を備え、前記所定条件時は、前記燃料電池の発電効率が所定効率以下の場合であっても良い。燃料電池内部の燃料ガス流路における水の滞留は、燃料電池の発電効率の低下をもたらすため、燃料電池の発電効率を条件判定の指標とすることによって、適切なタイミングにて燃料電池内部の燃料ガス流路における水の滞留を除去することができる。
【００２２】
本発明の第２の態様に係る燃料電池システムにおいて、前記発電効率検出手段は前記燃料電池のセル電圧を検出する電圧センサであり、前記燃料電池の発電効率が所定効率以下の場合とは、前記燃料電池に対する同一の要求出力に対して、前記電圧センサにより検出された前記セル電圧が所定電圧以下の場合であっても良い。かかる場合には、燃料電池の発電効率を適切に検出することができる。
【００２３】
本発明の第２の態様に係る燃料電池システムはさらに、前記燃料電池に対する要求負荷を検出する負荷検出センサと、前記燃料電池の温度を検出する温度センサとを備え、前記所定条件時とは前記検出された前記燃料電池の負荷が判定負荷値よりも低く、前記検出された前記燃料電池の温度が判定温度よりも低い場合であっても良い。燃料電池温度が低い場合には燃料電池の負荷をより適切に検出することが可能となり、また、燃料電池負荷が低い場合には燃料ガス流による水分の除去が期待できない。したがって、この条件時に燃料電池内部に滞留、付着する水の除去を実行すれば、燃料電池内部の燃料ガス流路における水の滞留を効果的に除去、防止することができる。
【００２４】
本発明の第３の態様は、燃料電池に対して燃料ガス供給管を介して燃料ガスが供給されると共に、燃料電池から排出部バルブを介して排出される燃料オフガスが燃料オフガス循環器によって燃料オフガス循環管を通じて燃料ガス供給管に循環される燃料電池システムの制御方法を提供する。本発明の第３の態様に係る燃料電池システムの制御方法は、前記燃料電池の運転状態が予め定められた所定条件を満たしているか否かを判定し、所定条件が満たされていると判定した場合には、前記排出部バルブを非連通状態にすると共に、前記燃料オフガス循環器を駆動させ、前記燃料オフガス循環器を所定時間駆動させた後、前記排出部バルブを連通状態にすることを特徴とする。
【００２５】
本発明の第３の態様に係る燃料電池システムの制御方法は、本発明の第１の態様に係る燃料電池システムと同様の作用効果を有する。また、本発明の第３の態様に係る燃料電池システムの制御方法は、本発明の第１の態様に係る燃料電池システムと同様にして種々の態様によって実現され得る。
【００２６】
本発明の第４の態様は、燃料ガス供給管および導入部バルブを介して燃料電池に燃料ガスが供給されると共に、燃料電池から排出される燃料オフガスが排出部バルブおよび燃料オフガス循環管を介して燃料ガス供給管に循環される燃料電池システムの制御方法を提供する。本発明の第４の態様に係る燃料電池システムの制御方法は、前記燃料電池の運転状態が予め定められた所定条件を満たしているか否かを判定し、所定条件が満たされていると判定した場合には、前記排出部バルブおよび前記導入部バルブを非連通状態とし、前記排出部バルブおよび前記導入部バルブを非連通状態とした後、第１の所定時間経過後に前記導入部バルブを連通状態とし、前記導入部バルブを連通状態とした後、第２の所定時間経過後に前記排出部バルブを連通状態とすることを特徴とする。
【００２７】
本発明の第４の態様に係る燃料電池システムの制御方法によれば、所定条件時には排出部バルブおよび導入部バルブを非連通状態とし、導入部バルブを連通状態とした後、第２の所定時間経過後に排出部バルブを連通状態にするので、燃料電池内部の燃料ガス流路における水の滞留を除去、防止することができる。また、本発明の第４の態様に係る燃料電池システムの制御方法は、本発明の第２の態様に係る燃料電池システムと同様にして種々の態様によって実現され得る。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法について図面を参照して、実施例に基づいて説明する。
【００２９】
・第１の実施例：
第１の実施例に係る燃料電池システムの構成について図１を参照して説明する。図１は第１の実施例に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示す説明図である。
【００３０】
燃料電池システム１０は、複数の単セルから構成されている燃料電池ＦＣ、燃料電池ＦＣに対して燃料ガスを供給する燃料ガス供給系２０、および燃料電池ＦＣに対して酸化ガスとしての空気を供給する空気供給系３０を備えている。
【００３１】
燃料電池ＦＣは、複数の単セルを備える固体高分子膜型の燃料電池であり、燃料ガスを燃料電池内部に導入するための導入部１１、燃料オフガスを燃料電池外部に排出するための排出部１２、複数のセルによって形成されると共に導入部１１と排出部１２とを連通する燃料電池内の燃料ガス流路（図示しない）を備えている。
【００３２】
燃料電池ＦＣの電極には、電動モータ、インバータ等の含む負荷装置４０が接続されている。燃料電池ＦＣにはさらに、燃料電池ＦＣの内部温度を所定の温度域に保持するために熱交換器回路４１が備えられている。
【００３３】
燃料ガス供給系２０は、燃料ガスとしての水素を貯蔵する高圧水素タンク２１、高圧水素タンク２１と燃料電池ＦＣの導入部１１とを連通する燃料ガス供給管２２、燃料電池ＦＣの排出部１２と燃料ガス供給管２２とを連通する燃料オフガス循環管２３を備えている。
【００３４】
高圧水素タンク２１は、例えば、アルミニウム、ステンレスといった金属製材料によって形成された容器であってもよく、あるいは、強化繊維樹脂材と金属製材料との複合材によって形成された容器であっても良い。また、高圧水素タンク２１は、水素を高圧にて貯蔵する代わりに、水素貯蔵合金を内包して水素貯蔵合金に水素を貯蔵しても良い。
【００３５】
燃料ガス供給管２２の高圧水素タンク２１との接続側には、高圧水素タンク２１内の水素圧力を所定圧力にまで減圧するための減圧弁２２１が配置されている。燃料ガス供給管３２の燃料電池ＦＣとの接続側には、導入部１１と燃料ガス供給管２２とを連通または非連通状態にする導入部バルブ２２２が配置され、更に導入部バルブ２２２と導入部１１との間には導入部逆止弁２２３が配置されている。
【００３６】
燃料オフガス循環管２３の燃料電池ＦＣとの接続側には、排出部１２と燃料オフガス循環管２３とを連通または非連通状態にする排出部バルブ２３１が配置されている。燃料オフガス循環管２３の燃料ガス供給管２２との接続側には、燃料ガス供給管２２から燃料オフガス循環管２３への燃料ガスの流入を防止するための燃料オフガス循環管逆止弁２３２が配置されている。なお、排出部バルブ２３１は、燃料電池ＦＣの排出部１２と後述する燃料オフガス循環ポンプ２４との間であれば、燃料オフガス循環管２３のいずれの位置に配置されていても良い。
【００３７】
燃料オフガス循環管２３には、燃料オフガスを所定の循環速度にて流動（循環）させるための燃料オフガス循環ポンプ２４、燃料オフガス中に含まれている液体（水分）と気体とを分離するための気液分離器２５が備えられている。燃料オフガス循環ポンプ２４は、直流モータまたは交流モータによって駆動されるポンプであり、その回転数を制御することによって燃料オフガスの循環速度（流速、流量）を制御する。気液分離器２５は、例えば、取得した水分を貯めるフロート室を備え、水分だけをシステム外部に排出可能な気液分離器である。
【００３８】
燃料ガス供給系３０は更に、一端が燃料オフガス循環管２３の燃料オフガス循環ポンプ２４と燃料オフガス循環管逆止弁２３２との間に接続され、他端が希釈器４２と接続される燃料オフガス排出管２６を備えている。燃料オフガス排出管２６の一端側には、燃料オフガス循環管２３と燃料オフガス排出管２６とを連通または非連通状態にするシャットバルブ２６１が配置されている。
【００３９】
空気供給系３０は、燃料電池ＦＣに対して空気を供給する空気供給管３１、燃料電池ＦＣから排出される空気オフガスをシステム外部に排出するための空気オフガス排出管３２を備えている。空気オフガス排出管３２の途中には、既述の希釈器４２が配置されている。したがって、燃料オフガス排出管２６を介して希釈器４２に供給された燃料オフガスは、空気オフガス排出管を介して希釈器４２に導入される空気オフガスによって所定濃度以下に希釈される。
【００４０】
燃料電池システム１０は、制御回路５０によってその各部の動作が制御されている。制御回路５０は、各種演算処理を実行する中央演算装置（ＣＰＵ）、各種プログラムを格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）、演算結果、検出されたデータ等を一時的に格納するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等を備えている。
【００４１】
制御回路５０には、燃料電池ＦＣに備えられており、各セルの電圧を検出するセル電圧センサ５１、燃料オフガス循環管２３に備えられており、燃料電池ＦＣの温度を検出する燃料電池温度センサ５２、燃料電池ＦＣの出力電流値を検出する電流センサ５３、燃料オフガス循環ポンプ２４の入口圧力を検出する燃料オフガス循環ポンプ入口圧力センサ５４、導入部バルブ２２２、排出部バルブ２３１、燃料オフガス循環ポンプ２４を始めとする各種センサ、アクチュエータ、バルブが接続されている。制御回路５０にはさらに、燃料電池ＦＣに対する要求出力値が入力される。
【００４２】
図２〜図７を参照して第１の実施例に係る燃料電池システム１０において実行される燃料電池システムの制御処理について説明する。図２は第１の実施例に係る燃料電池システム１０において実行される燃料電池システムの制御処理ルーチンを示すフローチャートである。図３は図２中の起動時処理において実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。図４は図２中のシステム運転処理において実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。図５は図２中の水分除去処理において実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。図６は図２中のシステム停止処理において実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。図７は図２中のシステム判定処理において実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。
【００４３】
制御回路５０は、図２に示す処理ルーチンを燃料電池システム１０の起動時および所定時間間隔ごとに実行する。本処理ルーチンを開始すると、制御回路５０は、今回の処理ルーチンの実行が燃料電池システム１０の起動処理時におけるものである否かを判定する（ステップＳ１０）。具体的には、例えば、直前にシステム起動信号が入力されたか否かに基づいて判定する。制御回路５０は燃料電池システム１０の起動処理のために処理ルーチンが実行されたと判定した場合には（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、起動時処理を実行する（ステップＳ１１）。
【００４４】
起動時処理について図３を参照して詳述する。制御回路５０は、高圧水素タンク２１の元バルブ（図示せず）を開き、導入部バルブ２２２を開き（連通状態とし）、排出部バルブ２３１を閉じる（非連通状態とする）（ステップＳ１１０）。制御回路５０は、燃料電池ＦＣ内の燃料ガス流路に燃料ガスが十分に行き渡り燃料電池ＦＣ内の燃料ガス流路圧力が十分高まるまで、すなわち、バルブの開閉処理後の時間Ｔｉｍｅ１＞Ｔｉｍｅ１ｒｅｆとなるまで待機し（ステップＳ１１１：Ｎｏ）、バルブの開閉処理後の時間Ｔｉｍｅ１＞Ｔｉｍｅ１ｒｅｆとなると（ステップＳ１１１：Ｙｅｓ）、排出部バルブ２３１を開いて（連通状態として）（ステップＳ１１２）、図２に示すメインルーチンにリターンする。この始動時処理によれば、燃料電池ＦＣ内と燃料オフガス循環管２３との間に大きな圧力差を形成することが可能となり、システム１０の始動時においても燃料電池ＦＣ内に残存していた水分を除去することができる。
【００４５】
また、空気供給系３０も作動を開始して、燃料電池ＦＣに対して空気の供給を開始する。この結果、燃料電池ＦＣは発電を開始し、発電（起電）された電力は負荷装置４０によって消費される。負荷装置４０によって燃料電池ＦＣに与えられる負荷Ｌｆｃは、電流センサ５３によって検出される電流値とＩ−Ｖ特性線とから求められる。
【００４６】
図２に戻って説明を続けると、制御回路５０は、システム運転処理を実行する（ステップＳ１２）。また、制御回路５０は、燃料電池システム１０の起動処理のために処理ルーチンが実行されていないと判定した場合には（ステップＳ１０：Ｎｏ）、ステップＳ１２へと移行する。
【００４７】
図４を参照してシステム運転処理について詳述する。制御回路５０は、セル電圧センサ５１から最低セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍｉｎを取得し、燃料電池温度センサ５２から燃料電池温度Ｔｆｃを取得し、電流センサ５３から燃料電池電流値Ｉｆｃを取得する（ステップＳ１２０）。制御回路５０は、取得した燃料電池温度Ｔｆｃおよび燃料電池電流値Ｉｆｃから求められた燃料電池負荷Ｌｆｃとを用いて、通常運転時における燃料オフガス循環ポンプ２４の回転数およびシャットバルブ２６１の開弁スケジュールを決定し、燃料オフガス循環ポンプ２４およびシャットバルブ２６１を駆動制御する（ステップＳ１２１）。これにより、燃料電池ＦＣから排出された燃料オフガスは、燃料ガス循環管２３から燃料ガス供給管２２へと循環される。また、燃料オフガス中に含まれる窒素、水分といった不純物濃度が増加した場合には、希釈器４２を介して燃料オフガスを所定のタイミングで外部に排出することができる。
【００４８】
燃料オフガス循環ポンプ２４の回転数およびシャットバルブ２６１の開弁スケジュールは、例えば、予め用意された、燃料電池温度Ｔｆｃおよび燃料電池負荷Ｌｆｃをパラメータとする燃料オフガス循環ポンプ２４の回転数マップと、同じく燃料電池温度Ｔｆｃおよび燃料電池負荷Ｌｆｃをパラメータとするシャットバルブ２６１の開弁スケジュールマップとを用いて決定される。なお、シャットバルブ２６１の開弁スケジュールには、開弁時期並びに開弁時間（閉弁時期）が含まれている。
【００４９】
制御回路５０は、燃料電池ＦＣ内部の燃料ガス流路、および燃料ガス供給管２２を流動する燃料ガスに脈動を形成するための燃料オフガス循環ポンプ２４の運転条件を決定し、燃料オフガス循環ポンプ２４に対して制御信号を送信する（ステップＳ１２２）。具体的には、予め用意された燃料電池温度Ｔｆｃおよび燃料電池負荷Ｌｆｃをパラメータとする脈動形成用ポンプ回転数マップを用いて、加減回転数、実行時間、レート、応答性パラメータが決定される。燃料オフガス循環ポンプ２４の回転数が変動することによって燃料電池ＦＣ内部の燃料ガス流路、および燃料ガス供給管２２を流動する燃料ガスの流量が変動し、燃料ガスに脈動が形成される。この結果、燃料ガス供給管２２内に滞留する水分を移動、除去することができると共に、燃料電池ＦＣ内の燃料ガス流路内の圧力バランスを変動させて燃料ガス流路に滞留、付着している水分を燃料電池ＦＣから燃料オフガス循環管２３へと排出させることができる。
【００５０】
燃料オフガス循環管２３に排出された水分のうち、液相成分は気液分離器２５によって回収される。回収されなかった気相成分は燃料オフガスと共に燃料オフガス循環管２３を流動し、シャットバルブ２６１が連通状態となった（開弁された）際に、希釈器４２を介して大気に放出される。
【００５１】
制御回路５０は、セル電圧センサ５１から取得した最低セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍｉｎを用いて、燃料オフガス循環ポンプ２４の運転条件の補正、シャットバルブ２６１のスケジュールの補正を実行して（ステップＳ１２３）、図２に示すメインルーチンにリターンする。制御回路５０は、取得した最低セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍｉｎが通常基準値より低い場合には、燃料オフガス循環ポンプ２４の運転条件の補正においては、例えば、加減回転数を増大する補正を実行し、シャットバルブ２６１のスケジュールの補正においては、シャットバルブ２６１の開弁頻度を増加させる補正を実行する。この結果、燃料ガス供給系２０における燃料ガス脈動効果が増大され、燃料ガス供給系２０および燃料電池ＦＣにおける水分除去性能を向上させることができる。なお、システム運転処理において実行される水分除去のための処理は、特定の条件発生の有無にかかわらず定期的に実行されるルーチン処理であり、以降で説明する水分除去処理とは異なる。
【００５２】
図２に戻り説明を続けると、制御回路５０は、取得した最低セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍｉｎが水分除去処理実行電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｒｅｆより低いか否かを判定する（ステップＳ１３）。すなわち、上記の定期的な水分除去のための処理を実行してもなお、最低セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍｉｎの向上が見られない場合には、より水分除去に適したスポット的な水分除去処理が実行される。制御回路５０は、取得した最低セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍｉｎ＜水分除去処理実行電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｒｅｆであると判定した場合には（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、燃料電池温度Ｔｆｃおよび燃料電池負荷Ｌｆｃがそれぞれ判定値Ｔｒｅｆ、Ｌｒｅｆ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。
【００５３】
燃料電池電流値Ｉｆｃは、温間時よりも冷間時においてその測定精度が高く、また、燃料電池温度Ｔｆｃが低い場合には燃料電池ＦＣ内の水分は液相状体（水滴状態）となり、気相状体の場合と比較して除去が容易である。また、燃料電池負荷Ｌｆｃが大きい場合には、燃料ガス流量も多いことから、燃料ガス供給系２０に滞留する水分も除去されやすい傾向にある。そこで、本実施例では、水分除去を効率よく実行することができる条件下、すなわち、燃料電池温度Ｔｆｃおよび燃料電池負荷Ｌｆｃがそれぞれ判定値Ｔｒｅｆ、Ｌｒｅｆ未満の場合、に水分除去処理が実行される。
【００５４】
制御回路５０は、燃料電池温度Ｔｆｃ＜Ｔｒｅｆおよび燃料電池負荷Ｌｆｃ＜Ｌｒｅｆであると判定した場合には（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、水分除去処理を実行する（ステップＳ１５）。一方、制御回路５０は、ステップＳ１３において、取得した最低セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍｉｎ≧水分除去処理実行電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｒｅｆであると判定した場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、ステップＳ１４において、燃料電池温度Ｔｆｃ≧Ｔｒｅｆおよび燃料電池負荷Ｌｆｃ≧Ｌｒｅｆの少なくともいずれか一方であると判定した場合には（ステップＳ１４：Ｎｏ）、水分除去処理をスキップしてステップＳ１７へ移行する。
【００５５】
図５を参照して水分除去処理について詳述する。制御回路５０は、先ず、燃料オフガス循環ポンプ入口の目標圧力Ｐｉｒｅｆを決定する（ステップＳ１５０）。すなわち、燃料電池ＦＣの排出部１２から燃料オフガス循環ポンプ２４までの燃料オフガス循環管２３の圧力を決定する。決定に際しては、例えば、最低セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍｉｎをパラメータとする圧力決定マップが用いられる。
【００５６】
制御回路５０は、決定した目標圧力を実現するために要求される水分除去時ポンプ回転数を決定する（ステップＳ１５１）。具体的には、予め用意された圧力とポンプ回転数とのマップから必要なポンプ回転数を決定する。制御回路５０は、排出部バルブ２３１に対して閉弁（非連通）制御信号を送り、バルブを閉じる（ステップＳ１５２）。
【００５７】
制御回路５０は、目標圧力Ｐｉｒｅｆを実現するために一般的に要求される待機基準時間Ｔｉｍｅｐｒｅｆが経過するまで待機し（ステップＳ１５３：Ｎｏ）、待機時間Ｔｉｍｅｐ＞待機基準時間Ｔｉｍｅｐｒｅｆが経過すると（ステップＳ１５３：Ｙｅｓ）、燃料オフガス循環ポンプ入口圧力センサ５４によって検出された燃料オフガス循環ポンプ入口圧力Ｐｉが目標圧力Ｐｉｒｅｆ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１５４）。
【００５８】
制御回路５０は、燃料オフガス循環ポンプ入口圧力Ｐｉ＜目標圧力Ｐｉｒｅｆであると判定した場合には（ステップＳ１５４：Ｙｅｓ）、水分除去完了フラグをオンする（ステップＳ１５５）。制御回路５０は、続いて、排出部バルブ２３１に対して開弁制御信号を送って排出部バルブ２３１を連通状態として（ステップＳ１５６）、図２に示すメインルーチンにリターンする。
【００５９】
排出部バルブ２３１が閉じられた状態にて燃料オフガス循環ポンプ２４が駆動し続けるため、燃料電池ＦＣの排出部１２から燃料オフガス循環ポンプ２４までの燃料オフガス循環管２３の圧力は燃料電池ＦＣ内部圧力よりも低くなり、両圧力の間には大きな圧力差が生じる。かかる条件下において、排出部バルブ２３１を連通状態とすれば、発生した圧力差によって燃料電池ＦＣ内部を始めとする燃料ガス供給系２０の燃料ガス流に、流速および流量の両側面において大きな変動が発生し、燃料電池ＦＣ内部の燃料ガス流路に滞留していた水分、セルの電極面に付着していた水分が移動、除去される。
【００６０】
一方、制御回路５０は、燃料オフガス循環ポンプ入口圧力Ｐｉ≧目標圧力Ｐｉｒｅｆであると判定した場合には（ステップＳ１５４：Ｎｏ）、水分除去完了フラグをオフする（ステップＳ１５７）。制御回路５０は、続いて、燃料オフガス循環ポンプ２４の消費電流を記憶して（ステップＳ１５８）、図２に示すメインルーチンにリターンする。
【００６１】
図２に戻り説明を続けると、制御回路５０は、水分除去完了フラグがオンであるか否かを判定する（ステップＳ１６）。すなわち、水分除去処理において水分除去が完了しなかった場合には、燃料オフガス循環ポンプ２４または排出部バルブ２３１のいずれかに動作不良、シール不良、故障等の問題が発生していると考えられるので、燃料ガス供給系２０の作動状態を判定するシステム判定処理を実行するか否かが判定される。
【００６２】
制御回路５０は、水分除去完了フラグがオンであると判定すると（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、システム停止処理が要求されたか否かを判定する（ステップＳ１７）。制御回路５０は、システム停止処理が要求されていないと判定した場合には（ステップＳ１７：Ｎｏ）、ステップＳ１２に移行して本処理ルーチンにおけるステップＳ１２以降のステップを繰り返し実行する。
【００６３】
制御回路５０は、システム停止処理が要求されていると判定した場合には（ステップＳ１７：Ｙｅｓ）、システム停止処理を実行して（ステップＳ１８）、本処理ルーチンを終了する。
【００６４】
システム停止処理について図６を参照して詳述する。制御回路５０は、排出部バルブ２３１に対して閉弁制御信号を送り、排出部バルブ２３１を非連通状態とし（ステップＳ１８０）、停止前ポンプ回転数を設定して燃料オフガス循環ポンプ２４をシステム停止前の回転数にて所定時間駆動し（ステップＳ１８１）、図２に示すメインルーチンにリターンする。排出部バルブ２３１を閉じ、燃料オフガス循環ポンプ２４を所定時間駆動することによって、システム停止時に燃料電池ＦＣの排出部１２から燃料オフガス循環ポンプ２４までの燃料オフガス循環管２３内を略真空とし、次回システム起動時における脈動効果を大きなものとしてフラッディングの発生を防止することができる。
【００６５】
図２に戻り説明を続けると、制御回路５０は、ステップＳ１６において水分除去完了フラグがオンでないと判定した場合には（ステップＳ１６：Ｎｏ）、システム判定処理実行する（ステップＳ１９）。制御回路５０は、システムが停止しているか否かを判定し（ステップＳ２０）、システムが停止していると判定した場合には（ステップＳ２０：Ｙｅｓ）、本処理ルーチンを終了する。一方、制御回路５０は、システムが停止していないと判定した場合は（ステップＳ２０：Ｎｏ）、ステップＳ１７に移行して既述の処理を実行する。
【００６６】
システム判定処理について図７を参照して詳述する。制御回路５０は、燃料オフガス循環ポンプ２４の消費電流Ｉｐが水分除去時ポンプ回転数にて作動する際に消費すべき基準消費電流Ｉｐｒｅｆ１未満であるか否かを判定する（ステップＳ１９０）。制御回路５０は、燃料オフガス循環ポンプ２４の消費電流Ｉｐが基準消費電流Ｉｐｒｅｆ１未満であると判定した場合には（ステップＳ１９０：Ｙｅｓ）、排出部バルブ２３１あるいは各接続部におけるシール不良が発生していると判定し、バルブ・シール判定に用いられる不良判定値を緩和するように補正する（ステップＳ１９１）。
【００６７】
すなわち、燃料オフガス循環ポンプ２４の消費電流Ｉｐが基準消費電流Ｉｐｒｅｆ１未満である場合には、燃料オフガス循環ポンプ２４の負荷が軽いことを意味し、排出部バルブ２３１のバルブ動作不良、接続部のシール不良により気密性が保持されていないと判定することができる。そこで、バルブ・シールの気密性を判定する際に用いられる不良判定値を緩和する。なお、バルブ・シールの不良判定値は、例えば、燃料オフガス循環ポンプ２４の目標圧力Ｐｉｒｅｆ、待機基準時間Ｔｉｍｅｐｒｅｆに反映されても良い。これら各パラメータは、システム判定処理を実行するか否かの判定に関わるパラメータであり、これらパラメータに対してバルブ・シールの不良状態を反映することによって、不必要な再度のシステム判定処理の実行を回避することができる。
【００６８】
一方、制御回路５０は、燃料オフガス循環ポンプ２４の消費電流Ｉｐが基準消費電流Ｉｐｒｅｆ１以上であると判定した場合には（ステップＳ１９０：Ｎｏ）、燃料オフガス循環ポンプ２４の動作不良、すなわち流量不足であると判定し、水分除去時ポンプ回転数を増大させる補正を行う（ステップＳ１９２）。すなわち、燃料オフガス循環ポンプ２４の消費電流Ｉｐが基準消費電流Ｉｐｒｅｆ１以上である場合には、燃料オフガス循環ポンプ２４は決定された水分除去時ポンプ回転数にて作動しているもの、決定された水分除去時ポンプ回転数では必要な流量が得られていないと判定することができる。そこで、水分除去時ポンプ回転数を増加させるように補正される。
【００６９】
制御回路５０は、次に、燃料オフガス循環ポンプ２４の消費電流Ｉｐが故障判定電流Ｉｐｒｅｆ２以上であるか否かを判定する（ステップＳ１９３）。制御回路５０は、燃料オフガス循環ポンプ２４の消費電流Ｉｐが故障判定電流Ｉｐｒｅｆ２以上であると判定した場合には（ステップＳ１９３：Ｙｅｓ）、燃料オフガス循環ポンプ２４に故障が発生していると判定し、故障を報知すると共に、燃料電池システム１０の運転を停止させて図２に示すメインルーチンにリターンする。すなわち、燃料オフガス循環ポンプ２４の消費電流が過度に大きい場合には、燃料オフガス循環ポンプ２４に何らかの異常が発生していると考えられる。また、ステップＳ１９２において、水分除去時ポンプ回転数を増大させる補正が逐次実行されるが、補正の度合いが大きくなりすぎた場合は、燃料オフガス循環ポンプ２４に何らかの異常が発生していると考えられるからである。
【００７０】
一方、制御回路５０は、燃料オフガス循環ポンプ２４の消費電流Ｉｐが故障判定電流Ｉｐｒｅｆ２未満であると判定した場合には（ステップＳ１９３：Ｎｏ）、燃料オフガス循環ポンプ２４に故障は発生していないと判定し、図２に示すメインルーチンにリターンする。
【００７１】
以上説明したように、第１の本実施例に係る燃料電池システム１０によれば、通常運転時においても周期的にシャットバルブ２６１の開閉、燃料オフガス循環ポンプ２４による燃料ガスに対する脈動形成によって、燃料ガス供給系２０、特に、燃料電池ＦＣ内部における燃料ガス流路に滞留、付着する水分を常に除去することができる。
【００７２】
さらに、第１の実施例に係る燃料電池システム１０によれば、燃料電池ＦＣの最低セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍｉｎが水分除去処理実行電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｒｅｆより低い場合には、燃料電池ＦＣ内部の燃料ガス流路を流れる燃料ガスの流速および流量の変動を大きくすることができる水分除去処理を実行するので、定期的な水分除去の処理では除去できない燃料電池ＦＣ内部の燃料ガス流路に滞留する水分、セルの電極面に付着する水分を除去することができる。すなわち、水分除去処理では、燃料電池ＦＣ内部と燃料オフガス循環管２３との間に、定期的な水分除去の処理では得られない大きな圧力差を形成するので、燃料電池ＦＣ内部の燃料ガス流路を流れる燃料ガスの流速および流量の変動を大きくすることができる。したがって、セルの電極面の濡れ、いわゆるセル落ちに起因する燃料電池システム１０の発電効率の低下を防止することができる。
【００７３】
さらに、第１の実施例に係る燃料電池システム１０によれば、水分除去処理を通じて、燃料ガス供給系２０の動作状態、すなわち、燃料オフガス循環ポンプ２４の故障の有無、燃料オフガス循環ポンプ２４の動作不良（流量不足）、排出部バルブ２３１の動作不良（バルブ不良）、各接続部におけるシール不良を判定、検出することができる。この動作不良判定処理によれば、燃料オフガス循環ポンプ２４を用いて動作不良判定のための処理を別に行うことなくシステムの動作不良を判定することができる。また、判定結果に基づいて、バルブ・シールの不良判定値を補正するので、バルブ・シールの不良判定値の許容補正範囲を設定しておくことによって、経年変化等による軽度のバルブ・シール性能の低下を不良と判定することなく燃料電池システム１０の運転を継続させることができる。
【００７４】
第１の実施例係る燃料電池システム１０によれば、燃料電池ＦＣ内部に滞留する水分を液相成分として燃料オフガス循環管２３に排出させることができるので、燃料オフガスに含まれる水分を排出するためにシャットバルブ２６１を開弁して燃料オフガスを外部に排出する頻度を低減または、無しにすることができる。
この結果、希釈器４２を介して外部に排出される水素濃度を低減させることができる。また、水素を含有する燃料オフガスを外部に排出することなく発電に利用することができるので、燃料電池システム１０のエネルギ効率を向上させることができる。
【００７５】
・第２の実施例：
図８を参照しては第２の実施例に係る燃料電池システム１０において実行される水分除去処理について説明する。図８は第２の実施例に係る燃料電池システム１０において実行される水分除去処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。なお、第２の実施例に係る燃料電池システムの構成は第１の実施例に係る燃料電池システム１０の構成と同様であるから同一の符号を付すことでその説明を省略する。
【００７６】
第２の実施例における水分除去処理では、燃料オフガス循環ポンプ２４を利用することなく水分除去が実行されることを特徴とする。
【００７７】
制御回路５０は、導入部バルブ２２２および排出部バルブ２３１に対して閉弁制御信号を送り、導入部バルブ２２２および排出部バルブ２３１を非連通状態とする（ステップＳ２００）。制御回路５０は、燃料電池ＦＣ内部に残存する燃料ガスのほとんどが消費される時間Ｔｉｍｅ２ｒｅｆが経過するまで待機し（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、待機時間Ｔｉｍｅ２がＴｉｍｅ２ｒｅｆを経過すると（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、導入部バルブ２２２に対して開弁制御信号を送って導入部バルブ２２２を連通状態とする（ステップＳ２０２）。
【００７８】
導入部バルブ２２２および排出部バルブ２３１を閉じた状態では、燃料電池ＦＣの運転が継続されると、燃料電池ＦＣ内部の残存燃料ガスが消費されて、燃料電池ＦＣ内部の圧力は燃料ガス供給管２２内の圧力よりも低下する。したがって、かかる状態で導入部バルブ２２２を連通状態とすれば、燃料電池ＦＣ内部と燃料ガス供給管２２との間の圧力差によって、燃料ガス供給管２２を介して燃料ガスが急激に燃料電池ＦＣ内部に流れ込む。この結果、燃料電池ＦＣ内部には、流速および流量の大きな変動が発生し、燃料電池ＦＣ内部に滞留する水分、セルの電極面に付着した水分が排出部１２近傍まで移動させられる。
【００７９】
制御回路５０は、燃料電池ＦＣ内部に残留する水分が排出部１２近傍に移動するまでに要する時間Ｔｉｍｅ３ｒｅｆが経過するまで待機し（ステップＳ２０３：Ｎｏ）、待機時間Ｔｉｍｅ３がＴｉｍｅ３ｒｅｆを経過すると（ステップＳ２０３：Ｙｅｓ）、排出部バルブ２３１に対して開弁制御信号を送って排出部バルブ２３１を連通状態とする（ステップＳ２０４）。この結果、燃料電池ＦＣ内部と燃料ガス供給管２２との間の圧力差によって、排出部１２近傍まで移動させられた水分は、排出部１２、排出部バルブ２３１を介して燃料オフガス循環管２３へと排出される。また、排出部１２、排出部バルブ２３１を介して燃料オフガス循環管２３へと排出されなかった、排出部１２近傍まで移動させられた水分は、燃料電池システム１０の通常運転時における燃料ガスの流動に伴って燃料オフガス循環管２３へと排出される。
【００８０】
制御回路５０は、水分除去完了フラグをオンして（ステップＳ２０５）、図２に示すメインルーチンにリターンする。
【００８１】
以上説明したように、第２の実施例における水分除去処理によれば、燃料電池ＦＣ内部の圧力を燃料供給管２２内の圧力よりも低下させることによって、燃料電池ＦＣ内部に急激な燃料ガスの流動変化をもたらすことができる。したがって、燃料電池ＦＣ内部の水分（特に、導入部１１から中間部における水分）は排出部１２近傍へと移動させられ、排出部バルブ２３１が開弁されると燃料オフガス循環管２３へと排出される。また、排出部バルブ２３１の開弁動作に伴って燃料オフガス循環管２３へと排出されなかった水分についても、排出部１２近傍に位置しているので、例えば、導入部１１近傍に位置している場合と比較して、通常運転時における燃料ガスの流動によっても燃料オフガス循環管２３へと排出されやすい。
【００８２】
・その他の実施例：
（１）上記実施例では、システム判定処理において、燃料オフガス循環ポンプ２４の回転数を上昇させることなく、バルブ・シールの動作不良および燃料オフガス循環ポンプ２４の動作不良を判定しているが、回転数を上昇させる制御信号を燃料オフガス循環ポンプ２４に対して送り、燃料オフガス循環ポンプ２４の回転数を検出することで、バルブ・シールの動作不良および燃料オフガス循環ポンプ２４の動作不良を判定しても良い。
【００８３】
かかる場合には、システム判定処理において、燃料オフガス循環ポンプ２４の回転数上昇処理、回転数検出処理が実行されることとなる。燃料オフガス循環ポンプ２４の回転数の上昇が検出されればバルブ・シールの動作不良であると判定し、燃料オフガス循環ポンプ２４の回転数の上昇が検出されなければ燃料オフガス循環ポンプ２４の動作不良であると判定することができる。
【００８４】
この動作不良判定処理によれば、動作不良を判定するために燃料オフガス循環ポンプ２４を作動させるので、適切に動作不良部位の特定を行うことができる。
【００８５】
（２）上記実施例では、バルブ・シール不良、燃料オフガス循環ポンプ２４の故障判定に際して燃料オフガス循環ポンプ２４の消費電流Ｐｉを用いているが、燃料オフガス循環ポンプ２４の消費電力を用いても良い。
【００８６】
（３）上記実施例では、燃料オフガス循環ポンプ２４の回転数を変動させることによって燃料ガスに対して周期的な脈動が与えられているが、かかる周期的な脈動を与えることなく、水分除去処理のみを実行してもよい。
【００８７】
（４）上記実施例において、排出部バルブ２３１と燃料オフガス循環ポンプ２４との間に圧力室を配置して、脈動効果を増大させても良い。
【００８８】
（５）第２の実施例における導入部バルブ２２２は、燃料ガス供給管２２上における燃料オフガス循環管２３との接続位置と導入部１１との間におけるいずれかの位置に配置されていれば良く、また、排出部バルブ２３１は、燃料オフガス循環管２３上のいずれかの位置に配置されていれば良い。すなわち、燃料電池ＦＣ内部圧力を、燃料ガス供給管２２圧力よりも低下させることができればよい。
【００８９】
以上、各実施例に基づき本発明に係る燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法を説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示す説明図である。
【図２】第１の実施例に係る燃料電池システム１０において実行される燃料電池システムの制御処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】図２中の起動時処理において実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】図２中のシステム運転処理において実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】図２中の水分除去処理において実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】図２中のシステム停止処理において実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】図２中のシステム判定処理において実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】第２の実施例に係る燃料電池システム１０において実行される水分除去処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０…燃料電池システム
１１…導入部
１２…排出部
２０…燃料ガス供給系
２１…高圧水素タンク
２２…燃料ガス供給管
２２１…減圧弁
２２２…導入部バルブ
２２３…導入部逆止弁
２３…燃料オフガス循環管
２３１…排出部バルブ
２３２…燃料オフガス循環管逆止弁
２４…燃料オフガス循環ポンプ
２５…気液分離器
２６…燃料オフガス排出管
２６１…シャットバルブ
ＦＣ…燃料電池
３０…空気供給系
３１…空気供給管
３２…空気オフガス排出管
４０…負荷装置
４１…熱交換器回路
４２…希釈器
５０…制御回路
５１…セル電圧センサ
５２…燃料電池温度センサ
５３…燃料電池電流センサ
５４…燃料オフガス循環ポンプ入口圧力センサ
【図１】
2005050574.tif 000003
【図２】
2005050574.tif 000004
【図３】
2005050574.tif 000005
【図４】
2005050574.tif 000006
【図５】
2005050574.tif 000007
【図６】
2005050574.tif 000008
【図７】
2005050574.tif 000009
【図８】
2005050574.tif 000010