(57)【要約】【課題】本発明は、燃料電池の発電状態が過負荷状態となった場合に、予め燃料電池内の水収支バランスを適切な状態に保つように制御する燃料電池システムを提供するものである。【解決手段】燃料ガスが供給されるアノードと酸化剤ガスが供給されるカソードとを有する燃料電池と、燃料電池のカソード出口から排出されるカソードオフガスに含まれる水分を回収して酸化剤ガスを加湿する水透過膜型加湿器と、燃料電池カソード出口と水透過膜型加湿器の間にカソードオフガスに含まれる水分を調節する水分調整手段とを備え、予め定められた燃料電池の定格負荷を超えて燃料電池を運転する場合に、水分調整手段によりカソードオフガスに含まれる水分を減じることを特徴とする燃料電池システムである。【選択図】図１
2007220497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスを酸化し、酸化剤ガスを還元して発電する燃料電池と還元された前記酸化剤ガスからなるカソードオフガスに含まれる水分を回収して、還元される前の前記酸化剤ガスを加湿する水透過膜型加湿器とを備え、前記カソードオフガスに含まれる水分を調節する水分調整手段が前記燃料電池とをつなぐ配管に設けられ、予め定められた前記燃料電池の定格負荷を超えて前記燃料電池を運転する場合に、前記水分調整手段により前記カソードオフガスに含まれる水分を減じることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記水分調整手段は、前記カソードオフガスを分流して系外に排出するカソードオフガスバイパスラインを有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記カソードオフガスバイパスラインに流量調節手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池のセル電圧値を検出する手段を備え、前記セル電圧値に応じて、前記カソードオフガスの流量調節手段を多段階に制御することを特徴とする請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池の温度を検出する手段を備え、前記温度に応じて、前記カソードオフガスの流量調節手段を多段階に制御することを特徴とする請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料ガス及び／又は前記酸化剤ガスの露点温度を検出する手段を備え、前記各露点温度検出手段の検出値に応じて、前記カソードオフガスの流量調節手段を多段階に制御することを特徴とする請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項７】
燃料ガスを酸化し、酸化剤ガスを還元して発電する燃料電池と還元された前記酸化剤ガスからなるカソードオフガスに含まれる水分を回収して、還元される前の前記酸化剤ガスを加湿する水透過膜型加湿器とを備え、前記カソードオフガスを分流して系外に排出するカソードオフガスバイパスラインが前記燃料電池とをつなぐ配管に設けられ、前記カソードオフガスバイパスラインには、流量調整手段が設けられ、予め定められた前記燃料電池の定格負荷を超えて前記燃料電池を運転する場合に、前記燃料電池の発電負荷電流値に応じて、前記カソードオフガスバイパスラインからカソードオフガスを排出する割合を変えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
燃料ガスを酸化し、酸化剤ガスを還元して発電する燃料電池と還元された前記酸化剤ガスからなるカソードオフガスに含まれる水分を回収して、還元される前の前記酸化剤ガスを加湿する水透過膜型加湿器とを備え、前記カソードオフガスを分流して系外に排出するカソードオフガスバイパスラインが前記燃料電池とをつなぐ配管に設けられ、前記カソードオフガスバイパスラインには、流量調整手段が設けられ、
予め定められた前記燃料電池の定格負荷を超えて前記燃料電池を運転する場合に、前記流量調整手段により前記カソードオフガスが前記カソードオフガスバイパスラインに流れ込む流量を調整す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】
本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの化学反応により電気エネルギーを発生させる燃料電池を備える燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体高分子型燃料電池は、高分子からなる膜状の固体電解質に白金などの触媒を担持したカーボン電極で構成される膜電極接合体を用いる点が主な特徴である。このカーボン電極を燃料の水素ガス及び酸化剤ガス（酸素あるいは空気など）の流路を形成し、かつ集電作用を有する一対のセパレータで挟持した構造である。これを単セルといい、燃料電池スタックはこの単セルを複数個積層したものである。
【０００３】
また、このような固体高分子型燃料電池を用いた燃料電池システムには、発電を行う際に固体高分子電解質の乾燥を防止するため、反応ガスである酸化剤ガスを加湿する必要がある。酸化剤ガス（カソードガス）を加湿する際には、燃料電池のカソードで発電する際に生成される水を含んだカソードオフガスを利用して、水透過膜型加湿器を用いてカソードガスにカソードオフガス中の水分を移動させて加湿を行う燃料電池システムが提案されている。
【０００４】
カソードガスがカソードで還元されて排出されるカソードオフガスには、燃料電池が発電する際に発生する生成水が含まれており、そのカソードオフガスに含まれる水分は燃料電池システムの発電状態によっても大きく変化するため、一般的には定格負荷状態において、燃料電池システム内の水収支のバランスが良好な状態となっている。
【０００５】
しかし、連続して燃料電池を運転することにより水分が滞留（フラッディング）する場合がある。このような場合に燃料電池の出力の低下を回復するためにカソードオフガスの一部をバイパスさせ、カソードガスの加湿量を減らすことが考えられている(特許文献１)。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２１６９８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
カソードオフガスには、燃料電池を発電する際に発生する生成水が含まれている。したがってカソードオフガスに含まれる水分は燃料電池システムの発電状態によっても大きく変化するが、一般的には定格負荷状態において、水収支のバランスが良好な状態となるように加湿器及び気液分離器を備えている。そのため、一時的に定格負荷電流値以上の負荷を燃料電池に加えると、生成水量が増加し、その生成水を回収して加湿を行う水透過膜型加湿器によって加湿されるカソードガスの加湿量が蓄積され、フラッディングを起こしやすくなる。その結果、燃料電池内に水が滞留し、その水が燃料電池の反応ガス流路を閉塞してしまうため、各セル電圧にバラツキが生じて、発電状態が不安定となる。
【０００８】
本発明は、燃料電池の発電状態が過負荷状態となった場合にフラッディングを起こしやすい状態になる前に、予め燃料電池内の水収支バランスを適切な状態に保つように制御する燃料電池システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
燃料ガスを酸化し、酸化剤ガスを還元して発電する燃料電池と還元された前記酸化剤ガスからなるカソードオフガスに含まれる水分を回収して、還元される前の前記酸化剤ガスを加湿する水透過膜型加湿器とを備え、前記カソードオフガスに含まれる水分を調節する水分調整手段が前記燃料電池とをつなぐ配管に設けられ、予め定められた前記燃料電池の定格負荷を超えて前記燃料電池を運転する場合に、前記水分調整手段により前記カソードオフガスに含まれる水分を減じることを特徴とする燃料電池システムである。
【００１０】
ここで、定格負荷とは、システムの要求仕様によって決められたシステム出力値を実現する負荷の値である。燃料電池システムを動作させる際に特に移動体などは、必要な負荷の値が経時的に変化するが、その中で一定時間必要とされる出力平均値を実現する負荷の値を定格負荷として定める。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、燃料電池の発電状態が過負荷状態となった場合に、予め燃料電池内の水収支バランスを適切な状態に保つように制御された燃料電池システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
本形態に記載した燃料電池システムは、燃料極であるアノードに水素を含む燃料ガスが供給され、空気極であるカソードに酸素を含む空気を供給されて発電する燃料電池と、燃料電池のカソード出口側から排出されるカソードオフガスの水分を回収してカソードガスを加湿する水透過膜型加湿器とを備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池のカソード出口側と前記水透過膜型加湿器とを繋ぐカソードオフガスラインの配管にカソードオフガスの加湿状態を調節する手段を設けている。
【００１４】
カソードオフガスの加湿状態を調整する水分調整手段としては、燃料電池のカソード出口側と前記水透過膜型加湿器とを繋ぐ配管ラインにカソードオフガスの流れを分割するカソードオフガスバイパスラインを設けている。
【００１５】
カソードオフガスバイパスラインにはバルブや弁などカソードオフガスの流量を調節する各種手段を設ける。燃料電池の発電状態，温度，セル電圧，露点温度に応じて、水透過膜型加湿器に供給するカソードオフガスの流量を調整する各種手段を制御する。これにより、カソードガスの加湿量が制限され、燃料電池内の水収支のバランスを保つことができる。
【００１６】
発電状態とは、燃料電池に加わる負荷が定格負荷状態の場合、部分負荷状態の場合、そして過負荷状態の場合と３つの状態に分類される。定格負荷状態ではカソードオフガスをバイパスする必要はなく、水収支が最適な状態である。また、部分負荷状態では定格負荷時より低い負荷状態を示し、定格時よりも生成水が少ないので、この場合もカソードオフガスをバイパスする必要は無い。定格負荷状態より負荷が高くなる過負荷時状態の場合には、燃料電池内の生成水が増えるため、カソードオフガスに含まれる水分が増加する。そのため、カソードオフガスによって加湿されるカソードガスの加湿量が増すため、燃料電池に過剰に水分が供給されることになる。その結果、燃料電池内の反応ガス流路の閉塞が引き起こされ、各セル電圧がばらつき、発電状態が不安定となる。カソードオフガスの一部をバイパスさせ、カソードオフガスの水分を適切に調節する必要がある。
【００１７】
セル電圧値を観測する場合、定格負荷状態で発電している状態でいくつか不特定セルの電圧が不安定な挙動もしくは電圧降下した場合、燃料電池内に凝縮水が出来ている場合があるので、カソードオフガスの一部をバイパスさせる必要がある。ここで、セル電圧値は、単セルの電圧値でも良いし、複数の単セルをブロックとして電圧値を検出しても良い。
【００１８】
燃料電池スタック温度を観測する場合、燃料電池スタック温度が運転温度（燃料電池システムが安定に運転できる温度）を超えた場合、カソードオフガスに含まれる水分量が増すため、カソードオフガスの一部をバイパスさせる必要がある。
【００１９】
燃料電池スタックの燃料ガスと酸化剤ガスとのいずれか少なくとも一方の出口の露点温度を観測することにより、燃料電池内の水分量をより詳細に把握することが可能であり、検出した露点温度に応じて、カソードオフガスの一部をバイパスさせるように、カソードオフガスバイパスラインの制御を行う。例えば、燃料ガス又は酸化剤ガスの露点温度が予め定めた値を超えた場合に、カソードオフガスの一部をバイパスさせる。
【００２０】
以上の制御によれば、燃料電池の発電状態が過負荷状態であっても、酸化剤ガスの流量を増加させることなく、発電が可能である。従って常に燃料電池内の水収支バランスを適切な状態に保つことができる。
【００２１】
以下、具体的な実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図を示す図である。
【００２３】
図１に示すように本形態は燃料電池１０を有している。
【００２４】
燃料電池１０は、電解質膜に固体高分子電解質膜を用い、膜の両面に白金を担持したカーボンを塗布した電極面を形成する。燃料極であるアノード側は白金あるいは白金にルテニウムを合金化して担持させたカーボン電極を形成する。空気極であるカソード側は白金を担持したカーボン電極を形成する。さらにその外側を両電極面に反応ガスを供給するために、ガス流路を形成したセパレータで挟持する。それを単セルと呼び、単セルを複数積層して構成する燃料電池スタックからなる。図１では、燃料電池１０は簡略化して記載している。
【００２５】
燃料電池１０は、水素を含む燃料ガスが供給されるアノードと酸素を含む酸化剤ガスが供給されるカソードと燃料電池１０を冷却する冷却部を備えている。また、燃料電池１０には、燃料ガス，酸化剤ガス，冷却流体の供給口と排出口とが存在する。
【００２６】
本燃料電池システムは燃料ガス供給手段１から供給される水素を含む燃料ガスは、電磁弁機能を有する燃料ガス圧力調整弁（以下、レギュレータ３と記載）を経て、アノード供給ライン２０を通り燃料電池１０に供給される。
【００２７】
ここで圧力調整手段としてのレギュレータ３とは、燃料ガスの供給量を調整する弁のことであり、この場合、燃料電池１０のアノード及びその配管内の圧力を常に一定に保つように制御する。また、アノード供給ライン２０とは燃料ガスがアノードに供給される配管ラインのことを示す。
【００２８】
図示するように燃料電池１０のアノード出口側から排出される未反応燃料ガス（アノードオフガス）はアノード循環ライン２１を通り、水透過膜型加湿器６に供給され、その後水素ポンプ４により再びアノード供給ライン２０に循環する。
【００２９】
アノード循環ライン２１とはアノードオフガスが通る配管ラインであり、配管に特に制限はないが、アノードオフガスに含まれる水蒸気が凝縮するのを防止するために、保温材などで配管ライン内が一定の温度に保温されていることが好ましい。
【００３０】
水透過膜型加湿器６とは、アノードオフガスに含まれる水分を除去するものである。水透過膜型加湿器６は水透過膜を有し、水透過膜を挟んで片側の面にアノードオフガスを流し、その対極面に酸化剤ガスを流す。このとき互いのガス流配は対向流となるように流すことでより効率的にアノードオフガスに含まれる水分を除去することができる。水透過膜は膜を挟んで対向するガスの水蒸気分圧を等しくするように水を透過する膜である。水透過膜型加湿器６によってアノードオフガスに含まれる水分を酸化剤ガスに移すことができる。
【００３１】
水透過膜型加湿器６に備え付けられた水透過膜にはガスバリア性及び水透過性が高い高分子膜を用いる。ガスバリア性及び水透過性が高い水透過膜ならいかなるものも適用可能である。これにより、アノードオフガスが水透過膜を挟んで反対側に流れる酸化剤ガスに混入することなく、アノードオフガス中の水分を取り除くことが可能となる。
【００３２】
また、水透過膜の形状は如何なる形状でも可能であるが、中空糸膜とすることが好ましく、これによりアノード循環ライン２１及びカソード供給ライン２２の圧力損失を低減することが可能となる。この場合、中空糸膜の内側に流すガスを圧力の大きな流体とすることで中空糸の潰れによる圧力損失増加を防止することができる。
【００３３】
水透過膜型加湿器６から排出された未反応燃料ガスは水素ポンプ４によってアノード供給ライン２０に供給される。この場合、水素ポンプには特に制限は無いが、水素ポンプの最大流量が、燃料電池１０の発電に必要な燃料の供給量を示す燃料利用率が９５％以下となる燃料ガス流量を確保できるものが好ましい。
【００３４】
このように未反応燃料ガスを再循環するシステムは、未反応燃料ガスを系外に排出することがないので、燃料効率の良い燃料電池システムが可能となる。
【００３５】
図示するように本燃料電池システムは酸化剤ガス供給手段２（ブロア）から供給される酸素を含む酸化剤ガスが、カソード供給ライン２２，水透過膜型加湿器６，７を通り、燃料電池１０に供給される。
【００３６】
ここで、カソード供給ライン２２とは酸化剤ガスがカソードに供給されるラインのことであり、水透過膜型加湿器６では、酸化剤ガスにアノードオフガスに含まれる水分を移動させる。
【００３７】
水透過膜型加湿器７は、酸化剤ガスを加湿する目的で配置され、水透過膜型加湿器６と同様、水を透過する高分子膜を有し、ガスバリア性，水透過性の高い水透過膜であれば、いかなるものも使用できる。水透過膜の形状，構造及び中空糸にした場合のガスが流れる向き、水透過膜型加湿器６と同様である。また、この場合加湿される側の酸化剤ガスは加湿に用いるカソードオフガスに比べて、流量が大きい為、中空糸形状の場合、酸化剤ガスを内側に流すほうが好ましい。
【００３８】
ここでカソードオフガスライン２３とはカソードオフガスが流れる配管ラインであり、配管には特に制限は無いが、カソードオフガスに含まれる水蒸気が凝縮して水になり、配管内流路の閉塞を防止するため、保温材で配管表面を覆い、カソードオフガスライン２３の配管内温度を保つ構造が好ましい。
【００３９】
燃料電池１０の発電状態を観測する手段は図示していないが、燃料電池１０の負荷電流を制御装置３０で監視，制御する。
【００４０】
ここで制御装置３０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータとその周辺回路にて構成されている。そして制御装置３０は、図示していないが、燃料電池
１０の負荷電流，燃料電池スタック温度，燃料電池各セル電圧を検出，監視する手段を有する。
【００４１】
図示するように本燃料電池システムには、冷却水によって燃料電池１０の燃料電池スタック温度を調整しており、燃料電池１０の冷却部から排出される冷却水が冷却水循環ライン２６を通り水ポンプ５に供給される。水ポンプ５から排出された冷却水はラジエーター９を通り再び燃料電池１０の冷却部に供給される。
【００４２】
ここで冷却水循環ライン２６とは冷却水が流れる配管ラインであり、水ポンプ５は冷却水を強制的に循環させるポンプである。水ポンプ５に特に制限はないが、出来れば水ポンプ５の使用限界温度，最大水吐出圧力が燃料電池１０の運転温度及び冷却部の圧力損失と同等あるいはそれ以上であることが好ましい。
【００４３】
またラジエーター９とは燃料電池１０によって昇温された冷却水の温度を適切な温度まで冷却するものであり、冷却ファン（図示せず）がラジエーター９の放熱面に接しており、燃料電池１０の燃料電池スタック温度によって、冷却ファンが動作する。
【００４４】
図示するように本燃料電池システムは、燃料電池１０のカソードから排出されるカソードオフガスがカソードオフガスライン２３を通り、カソードオフガスバイパスライン２５にバイパスするラインを有し、バイパスしないカソードオフガスは水透過膜型加湿器６を通り系外に排出される。
【００４５】
カソードオフガスバイパスライン２５とは、燃料電池１０の発電状態が過負荷状態となった場合、カソードオフガスの一部を系外に排出するための配管であり、カソードオフガスバイパスライン２５を開くことによって、カソードオフガスの一部を加湿器７に入る前に系外に排出することができる。
【００４６】
この場合、カソードオフガスバイパスライン２５に流れるカソードオフガスは、カソードオフガス全体に対して約１０％のカソードオフガスがカソードオフガスバイパスライン２５に流れるような配管を接続する。
【００４７】
具体的な制御方法については、第３実施形態に記載する。
【００４８】
このように第１実施形態によれば、図４に示すようにカソードオフガスをバイパスすることにより、燃料電池１０の発電状態が過負荷状態であっても、定格負荷電流値に対して約１.５倍まで発電可能である。
【００４９】
（第２実施形態）
第１実施形態との違いについて以下に述べる。
【００５０】
図示するように本燃料電池システムは、燃料電池１０のカソードから排出されるカソードオフガスがカソードオフガスライン２３を通り、カソードオフガスバイパスライン２５とカソードオフガスバイパスバルブ８にバイパスするラインを有し、バイパスしないカソードオフガスは水透過膜型加湿器６を通り系外に排出される。
【００５１】
カソードオフガスバイパスライン２５とは、燃料電池１０の発電状態が過負荷状態となった場合、カソードオフガスの一部を系外に排出するための配管であり、カソードオフガスの排出量をカソードオフガスバイパスバルブ８によって負荷電流値に応じて多段階に制御する。
【００５２】
具体的な制御方法については、第４実施形態に記載する。
【００５３】
このように第２実施形態によれば、図４に示すようにバイパスするカソードオフガスの流量を負荷電流値に応じて制御することで、燃料電池１０の発電状態が過負荷状態であっても、定格負荷電流値に対して約１.８ 倍まで発電可能である。
【００５４】
（比較実施形態）
図３は本発明の実施例に係る燃料電池システムに対する比較実施例の全体構成図を示す図である。
【００５５】
図３のような比較実施形態によれば、従来のカソードオフガスをバイパスさせるラインを設けない燃料電池システムにおいて、燃料電池１０の発電状態が過負荷状態であっても、図４より定格負荷電流値に対して約１.３倍まで発電可能である。
【００５６】
（第３実施形態）
図５を参照して、図１に示した燃料電池システムを用いた燃料電池制御方法について説明する。具体的にはカソードオフガスライン２３の基本制御方法について説明する。
【００５７】
まず、スタート段階において燃料電池システムを起動後から燃料電池１０の発電状態が定格負荷状態に移行する。
【００５８】
定格負荷状態に移行した後、Ｓ０１段階において、制御装置３０は燃料電池１０の発電状態，燃料電池スタック温度及び燃料電池各セル電圧を監視する。
【００５９】
Ｓ０２段階において、制御装置３０で燃料電池１０の発電状態が、定格負荷状態を超えたと判断した場合、ＹＥＳの方向に進み、Ｓ０５段階において、制御装置３０からカソードオフガスバイパスバルブ８を開くようにカソードオフガスバイパスバルブ８に信号を送る。
【００６０】
Ｓ０２段階において、制御装置３０で燃料電池１０の発電状態が、定格負荷状態以下と判断した場合、ＮＯの方向に進み、Ｓ０３段階に進む。
【００６１】
Ｓ０３段階において、燃料電池１０の定格負荷時における燃料電池スタック温度Ｔａを制御装置３０において燃料電池スタック温度Ｔが超えたと判断した場合、ＹＥＳの方向に進み、Ｓ０５段階において、制御装置３０からカソードオフガスバイパスバルブ８を開くようにカソードオフガスバイパスバルブ８に信号を送る。
【００６２】
Ｓ０３段階において、制御装置３０で燃料電池１０の燃料電池スタック温度が、定格負荷状態以下と判断した場合、ＮＯの方向に進み、Ｓ０４段階に進む。
【００６３】
Ｓ０４段階において、燃料電池１０の定格負荷時における各セル電圧Ｖａを制御装置
３０において各セル電圧Ｖが超えたと判断した場合、ＹＥＳの方向に進み、Ｓ０５段階において、制御装置３０からカソードオフガスバイパスバルブ８を開くようにカソードオフガスバイパスバルブ８に信号を送る。
【００６４】
Ｓ０４段階において、制御装置３０で燃料電池１０の各セル電圧Ｖが、定格負荷状態時の各セル電圧以下と判断した場合、ＮＯの方向に進み、Ｓ０６段階に進む。
【００６５】
Ｓ０６段階において制御装置３０からカソードオフガスバイパスバルブ８を閉めるように信号を送り、燃料電池システムは通常制御を行う。
【００６６】
そして再びＳ０１状態において制御装置３０は燃料電池１０の発電状態，燃料電池スタック温度及び燃料電池各セル電圧を監視する。
【００６７】
以上より、燃料電池システムの発電状態が過負荷状態の場合、制御装置３０において、燃料電池１０の発電状態，燃料電池スタック温度もしくは燃料電池１０の各セル電圧を監視し、発電状態が過負荷時、スタック温度の上昇または各セル電圧の低下など、燃料電池が不安定な状態となった場合に、カソードオフガスの流量を適切に調整するようカソードオフガスバイパスバルブ８を制御することで安定な燃料電池システムを提供することができる。
【００６８】
（第４実施形態）
図６を参照して、図２に示した燃料電池システムを用いた燃料電池制御方法について説明する。具体的にはカソードオフガスバイパスバルブ８の制御方法について説明する。
【００６９】
まず、スタート段階において燃料電池システムを起動後から燃料電池１０の発電状態が定格負荷状態に移行する。
【００７０】
Ｓ１１段階とは図２のＳ０２段階のＹＥＳと判断した状態を示す。
【００７１】
Ｓ１２段階において、制御装置３０は燃料電池１０に加わっている負荷電流値Ｉを検出する手段（図示せず）を用いて検出値を監視する。
【００７２】
Ｓ１３段階において、制御装置３０は燃料電池１０に加わっている負荷電流値Ｉの検出値が定格負荷電流値Ｉａより高く、かつ定格負荷電流値Ｉａの１.５ 倍以下の間であると判断した場合、ＹＥＳとなり、Ｓ１４段階する。Ｓ１４段階において、カソードオフガスバイパスバルブ８はカソードオフガス全体の流量の９〜１１％を系外に排出するように制御を行う。
【００７３】
Ｓ１３段階において制御装置３０が燃料電池１０に加わっている負荷電流値Ｉが定格負荷電流値Ｉａの１.５ 倍を超えていると判断した場合、ＮＯとなりＳ１５段階に移行する。
【００７４】
Ｓ１５段階において、制御装置３０は燃料電池１０に加わっている負荷電流値Ｉの検出値が定格負荷電流値Ｉａの１.５倍より高く、かつ定格負荷電流値Ｉａの１.８倍以下の間であると判断した場合、ＹＥＳとなり、Ｓ１４段階する。Ｓ１６段階において、カソードオフガスバイパスバルブ８はカソードオフガス全体の流量の１８〜２２％を系外に排出するように制御を行う。
【００７５】
Ｓ１５段階において制御装置３０が燃料電池１０に加わっている負荷電流値Ｉが定格負荷電流値Ｉａの１.８ 倍を超えていると判断した場合、ＮＯとなりＳ１７段階に移行する。
【００７６】
Ｓ１７段階において、制御装置３０は燃料電池１０に加わっている負荷電流値Ｉが定格負荷電流値Ｉａの１.８ 倍より高い値を検出したことになる。その場合、カソードオフガスバイパスバルブ８をカソードオフガス全体の流量の３６〜４４％を系外に排出するように制御を行う。
【００７７】
そして再びＳ０１状態において制御装置３０は燃料電池１０の負荷電流値を監視する。
【００７８】
以上、説明したように、制御装置３０において、燃料電池１０に加えられている負荷電流値Ｉを検出，監視し、その検出値に応じてカソードオフガスバイパスバルブ８を多段階に制御することで、カソードオフガスを過剰に排出による酸化剤ガスの加湿不足を防止することができ、酸化剤ガスを適切な加湿度に制御することが可能であるため、負荷電流値に応じて燃料電池に過不足無く水分を供給することができる。従ってより安定かつ高出力な燃料電池システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の一実施例である燃料電池システムの概略図である。
【図２】本発明の一実施例である燃料電池システムの概略図である。
【図３】本発明の比較実施例である燃料電池システムの概略図である。
【図４】本発明の実施例を用いた場合のＩ−Ｖ特性曲線である。
【図５】本発明の一実施例である燃料電池システムのブロック図である。
【図６】本発明の一実施例である燃料電池システムのブロック図である。
【符号の説明】
【００８０】
１…燃料ガス供給手段、２…酸化剤ガス供給手段、３…レギュレータ、４…水素ポンプ、５…水ポンプ、６，７…水透過膜型加湿器、８…カソードオフガスバイパスバルブ、９…ラジエーター、１０…燃料電池、２０…アノード供給ライン、２１…アノード循環ライン、２２…カソード供給ライン、２３…カソードオフガスライン、２５…カソードオフガスバイパスライン、２６…冷却水循環ライン、３０…制御装置。
【図１】
2007220497.tif 000003
【図２】
2007220497.tif 000004
【図３】
2007220497.tif 000005
【図４】
2007220497.tif 000006
【図５】
2007220497.tif 000007
【図６】
2007220497.tif 000008