(57)【要約】【課題】発電部からの排気ガスの排出のタイミングを適正に求めて不純物を排出することができ、発電効率の低下を抑制するとともに、水素を無駄なく使用することができる燃料電池、燃料電池の制御方法、及びコンピュータプログラムを提供する。【解決手段】燃料電池１００は、水素及び酸素を反応させて発電するスタック１と、スタック１に供給する水素を貯蔵する水素ボンベ２と、スタック１から排気されるガスを水素循環路１３によりスタック１へ戻して循環させ、又は外部へ排出する制御部９と、水素ボンベ２に貯蔵された水素の不純物情報を記憶する記憶部９１とを備える。制御部９のＣＰＵ９０は、記憶部９１に記憶された不純物情報に基づいて、前記ガスを外部へ排出する。【選択図】図１
2017059451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素及び酸素を反応させて発電する発電部と、該発電部に供給する水素を貯蔵する水素貯蔵容器と、前記発電部から排気されるガスを前記発電部へ戻して循環させ、又は外部へ排出する制御部とを備える燃料電池において、
前記水素貯蔵容器に貯蔵された水素の不純物情報を記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶された不純物情報に基づいて、前記ガスを外部へ排出することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記制御部は、
前記不純物情報と、前記水素貯蔵容器から前記発電部へ供給された水素量とに基づいて、前記発電部内及び水素循環のための通流管内の不純物濃度を算出し、
該不純物濃度が所定値以上である場合に、前記ガスを外部へ排出することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記水素貯蔵容器の圧力を測定する圧力計を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記制御部は、前記圧力計から取得した圧力と、前記不純物情報とに基づいて、前記水素貯蔵容器の残存水素量を算出することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記制御部は、前記残存水素量と、前記ガスの排出時の水素排出量とに基づき、前記発電部で使用可能な水素量を算出し、該水素量に基づく発電可能量を算出することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記制御部は、前記発電部の電圧が所定値以下である場合に、前記ガスの排出の間隔を短くし、前記ガスを排出することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記水素貯蔵容器を複数備えることを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項８】
複数の水素貯蔵容器が各別の開閉弁に連結されて前記発電部へ水素を供給するように構成されており、
前記制御部は、各水素貯蔵容器に貯蔵された水素の各不純物情報に基づき、前記発電部内及び前記通流管内の合計不純物濃度を算出することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池。
【請求項９】
複数の水素貯蔵容器が１つの開閉弁に連結されて前記発電部へ水素を供給するように構成されており、
前記制御部は、各水素貯蔵容器に貯蔵された水素の各不純物情報に基づき、前記発電部内及び前記通流管内の平均不純物濃度を算出することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池。
【請求項１０】
水素及び酸素を反応させて発電する発電部と、該発電部に供給する水素を貯蔵する水素貯蔵容器と、前記発電部から排気されるガスを前記発電部へ戻して循環させ、又は外部へ排出する制御部とを備える燃料電池において、
前記水素貯蔵容器に貯蔵された水素の不純物情報を記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶された不純物情報と、前記水素貯蔵容器から前記発電部へ供給された水素量とに基づいて、前記発電部内及び水素循環のための通流管内の不純
物濃度を算出することを特徴とする燃料電池。
【請求項１１】
水素及び酸素を反応させて発電する発電部と、前記発電部に供給する水素を貯蔵する水素貯蔵容器と、前記発電部から排気されるガスを前記発電部へ戻して循環させ、又は外部へ排出する制御部とを備える燃料電池の制御方法であって、
前記水素貯蔵容器に貯蔵された水素の不純物情報を記憶し、
該不純物情報と、前記水素貯蔵容器から前記発電部へ供給された水素量とに基づいて、前記発電部内及び水素循環のための通流管内の不純物濃度を算出し、
算出した不純物濃度が所定値以上である場合に、前記ガスを外部へ排出することを特徴とする燃料電池の制御方法。
【請求項１２】
水素及び酸素を反応させて発電する発電部と、前記発電部に供給する水素を貯蔵する水素貯蔵容器と、前記発電部から排気されるガスを前記発電部へ戻して循環させ、又は外部へ排出する制御部とを備える燃料電池を制御するコンピュータに、
前記水素貯蔵容器に貯蔵された水素の不純物情報を記憶し、
該不純物情報と、前記水素貯蔵容器から前記発電部へ供給された水素量とに基づいて、前記発電部内及び水素循環のための通流管内の不純物濃度を算出し、
算出した不純物濃度が所定値以上である場合に、前記ガスを外部へ排出する指示を出力する
処理を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素及び酸素を反応させて発電する発電部と、発電部に供給する水素を貯蔵する水素貯蔵容器と、発電部から排気されるガスを発電部へ戻して循環させ、又は外部へ排出する制御部とを備える燃料電池、燃料電池の制御方法、及びコンピュータにガスの排出の制御処理を実行させるためのコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
負極に水素を送って起電力を得る電池として、燃料電池、ニッケル・水素電池等が挙げられる。
燃料電池は発電効率が高く、クリーンな発電装置であり、負荷の大小に影響されず、コジェネレーションシステムを構築できるため、パーソナルコンピュータ，携帯電話機等のデジタル家電製品、電気自動車、鉄道、携帯電話の基地局、発電所等の種々の用途が検討されている。
【０００３】
燃料電池は、スタックと、複数の水素ボンベと、水素循環路と、水素供給路とを有する。
スタックは、固体高分子電解質膜を負極と陽極とで両側から挟んで膜電極接合体を形成し、この膜電極接合体の両側に一対のセパレータを配置して平板状の単位セルを構成し、この単位セルを複数積層してパッケージ化したものである。
【０００４】
水素供給路の一端部はレギュレータ及び開閉弁を介し水素ボンベに接続され、他端部は水素循環路のスタックのアノード寄りの部分に接続されている。水素は、水素ボンベから水素供給路を通流されて、水素循環路の前記アノード寄りの部分を経て、スタック内のアノード側部分へ送出され、該部分内の通流路を通流される。該通流路内を通流し、スタックから排出された水素は、水素循環路を通流して、スタックに戻され、循環する。
スタックに水素が供給され、スタックの負極に水素を含む燃料ガスが接触し、正極に空気等の酸素を含む酸化ガスが接触することにより両電極で電気化学反応が生じて、起電力が発生する。
【０００５】
この純水素型の燃料電池においては、上述したように燃料電池の負極から排出されるオフガス（未反応水素を含む排気ガス）をスタックのアノード側部分へ循環させる水素循環方式を採用して、水素の利用効率を高めている。
この純水素型・水素循環方式の燃料電池においては、オフガス中の未反応の水素は燃料電池の発電に利用されるが、オフガス中の不純物は、水素循環路（スタックのアノード側部分及び水素循環のための通流管）に残留するため、発電するに従って前記アノード側部分における不純物濃度が増大し、燃料電池の発電効率が低下するという問題がある。これらの不純物には、燃料ガスに元来含まれていた不純物の他、カソード側からアノード側にリークした不純物も含まれ、主な成分は窒素、硫黄化合物、酸素、一酸化炭素等である。
【０００６】
特許文献１の燃料電池は、水素循環路内のオフガスを適時、外部にパージするためのパージ通路、及び該パージ通路に設けられたパージバルブを備える。この燃料電池においては、水素循環路の不純物濃度の増加速度を、水素流量又は発電量に基づいて算出し、オフガスのパージタイミングを決定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−２１０３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、水素ボンベから供給される水素ガスに含まれている不純物の濃度は、水素ボンベ毎にばらつきがある。水素ガスの供給元が異なる場合も当然、不純物濃度が異なる。また、水素ボンベが圧縮ボンベ、及び水素吸蔵合金を充填してなるＭＨ（Metal Hydride）ボンベのいずれであるかによっても、不純物情報が異なる。
【０００９】
特許文献１の燃料電池システムにおいては、水素ガスの供給量（水素流量）に基づいて水素循環路内の不純物濃度を算出しているが、水素ボンベから供給される水素ガスに含まれている不純物濃度のばらつきは考慮されていないため、水素循環路内の不純物濃度の推定値には誤差が生じるという問題があった。
【００１０】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、発電部からの排気ガスの排出のタイミングを適正に求めて不純物を排出することができ、発電効率の低下を抑制するとともに、水素を無駄なく使用することができる燃料電池、燃料電池の制御方法、及びコンピュータプログラ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】
【００１１】
本発明に係る燃料電池は、水素及び酸素を反応させて発電する発電部と、該発電部に供給する水素を貯蔵する水素貯蔵容器と、前記発電部から排気されるガスを前記発電部へ戻して循環させ、又は外部へ排出する制御部とを備える燃料電池において、前記水素貯蔵容器に貯蔵された水素の不純物情報を記憶する記憶部を備え、前記制御部は、前記記憶部に記憶された不純物情報に基づいて、前記ガスを外部へ排出することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る燃料電池の制御方法は、水素及び酸素を反応させて発電する発電部と、前記発電部に供給する水素を貯蔵する水素貯蔵容器と、前記発電部から排気されるガスを前記発電部へ戻して循環させ、又は外部へ排出する制御部とを備える燃料電池の制御方法であって、前記水素貯蔵容器に貯蔵された水素の不純物情報を記憶し、該不純物情報と、前記水素貯蔵容器から前記発電部へ供給された水素量とに基づいて、前記発電部内及び水素循環のための通流管内の不純物濃度を算出し、算出した不純物濃度が所定値以上である場合に、前記ガスを外部へ排出することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係るコンピュータプログラムは、水素及び酸素を反応させて発電する発電部と、前記発電部に供給する水素を貯蔵する水素貯蔵容器と、前記発電部から排気されるガスを前記発電部へ戻して循環させ、又は外部へ排出する制御部とを備える燃料電池を制御するコンピュータに、前記水素貯蔵容器に貯蔵された水素の不純物情報を記憶し、該不純物情報と、前記水素貯蔵容器から前記発電部へ供給された水素量とに基づいて、前記発電部内及び水素循環のための通流管内の不純物濃度を算出し、算出した不純物濃度が所定値以上である場合に、前記ガスを外部へ排出する指示を出力する処理を実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の燃料電池によれば、水素貯蔵容器に貯蔵された水素の不純物情報を記憶する記憶部を備え、制御部は記憶部に記憶された不純物情報に基づき、発電部から排気されるガスの排出のタイミングを適正に求めて、ガスを外部へ排出することができる。従って、発電効率の低下を抑制するとともに、水素を無駄なく使用することができる。
【００１５】
本発明の燃料電池の制御方法によれば、水素貯蔵容器毎の不純物情報及び供給水素量に基づき、発電部及び水素循環のための通流管内の不純物濃度を精度良く算出し、排気ガス
の排出のタイミングを適正に求めて、ガスを外部へ排出することができる。従って、発電効率の低下を抑制するとともに、水素を無駄なく使用することができる。
【００１６】
本発明のコンピュータプログラムによれば、水素貯蔵容器毎の不純物情報及び供給水素量に基づき、発電部及び水素循環のための通流管内の不純物濃度を精度良く算出し、排気ガスの排出のタイミングを適正に求めて、ガスを外部へ排出することができる。従って、発電効率の低下を抑制するとともに、水素を無駄なく使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１に係る燃料電池を示すブロック図である。
【図２】ＣＰＵによるオフガス排出の制御処理を示すフローチャートである。
【図３】電力−電圧特性曲線の一例である。
【図４】ＣＰＵによる発電可能量の算出処理を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態２に係る燃料電池を示すブロック図である。
【図６】実施の形態３に係る燃料電池を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る燃料電池１００を示すブロック図である。
燃料電池１００は例えば固体高分子形燃料電池（polymer electrolyte fuel cell）等の燃料電池である。
燃料電池１００は、スタック１、水素通流路（水素供給路１１及び水素循環路１３）、複数の水素ボンベ２、１次圧力計３、レギュレータ４、２次圧力計５、水素循環ポンプ６、水素パージフィルタ７、トラップ８、液面センサ１０、排水弁１５、排水弁１６、ガスパージ弁１７、及び表示部１８を備える。
【００１９】
スタック１は、上述の単位セルを複数積層してパッケージ化したものである。
負極に、水素ボンベ２から流入した水素を含む燃料ガスが接触し、正極に空気等の酸素を含む酸化ガスが空気流路（不図示）から流入して接触することにより両電極で電気化学反応が生じ、起電力が発生する。この電気化学反応においては、負極側から固体高分子電解質膜を透過してきた水素イオンと酸化ガス中の酸素との反応により水が生じる。
【００２０】
水素ボンベ２としては、例えば圧縮ボンベ、ＭＨ（Metal Hydride）ボンベ等が挙げられる。水素ボンベ２がＭＨボンベである場合、水素吸蔵合金を充填してなる。水素ボンベ２の表面には、夫々の不純物情報を示す表示シート２１が貼付されている。不純物情報は例えばＱＲコード（登録商標）により示されている。表示シート２１には、窒素、Ｈ2Ｓ、ＳＯ2等の硫黄化合物、ＣＯ、ＨＣＨＯ、ＨＣＯＯＨ等の全ての不純物の合計濃度、及びＣＯ等の特定の不純物の個別の濃度が示されている。
水素ボンベ２の表面には温度センサ２３も設けられている。
【００２１】
各水素ボンベ２には、夫々開閉弁２２が接続されている。各開閉弁２２は１次圧力計３に接続されている。１次圧力計３により、開閉弁２２が開いている方の水素ボンベ２内の圧力が検出される。複数の開閉弁２２が同時に開いている場合、水素ボンベ２の合計の圧力が検出される。
１次圧力計３はレギュレータ４に接続されている。レギュレータ４により水素の供給圧力が調整される。
【００２２】
水素供給路１１の一端部はレギュレータ４に、他端部は水素循環路１３のスタック１のアノード寄りの部分に接続されている。水素供給路１１には、レギュレータ４側から順に
、２次圧力計５、及び開閉弁１２が設けられている。２次圧力計５により、レギュレータ４通過後の水素の圧力が検出される。
【００２３】
水素循環路１３は、スタック１のアノード側部分の通流路と、スタック１の水素の流出側から流入側までの通流管とから構成される。水素循環路１３には、水素循環ポンプ６及び三方切換弁１４が設けられている。開閉弁１２を開いたとき、水素は、レギュレータ４から水素供給路１１を通流し、２次圧力計５、及び開閉弁１２を通った後、水素循環ポンプ２６により、スタック１のアノード側部分へ送出されて、前記通流路を通流されるように構成されている。該通流路内を通流し、スタック１から排出された水素及び不純物を含むオフガスは、水素パージフィルタ７を通過した後、トラップ８へ送られる。水素パージフィルタ７により微粒の不純物成分が除去される。トラップ８において、オフガスと水とに分離される。三方切換弁１４を、分離されたオフガスがトラップ８から水素循環ポンプ６へ送られるように切り換えることにより、水素がスタック１へ戻される。
【００２４】
トラップ８には、貯留された水の水位を検出する液面センサ１０が設けられている。液面センサ１０には排水弁１５，１６が接続されている。液面センサ１０が検出した水位が所定の閾値以上である場合、排水弁１５，１６が開かれて水が外部へ排出される。
不純物を含むオフガスは、後述するパージタイミングで三方切換弁１４を、オフガスが外部へ排出されるように切り換えることにより、ガスパージ弁１７を経て外部へ排出される。
【００２５】
制御部９は、制御部９の各構成部及び燃料電池１００の各構成部の動作を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）９０を備え、ＣＰＵ９０には、バスを介して、記憶部９１、ＲＡＭ９２、計時部９３、Ｉ／Ｆ９４が接続されている。
【００２６】
記憶部９１は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）等の不揮発性メモリであり、本実施の形態に係るオフガス排出の制御処理を行うための制御プログラム９５を記憶している。
また、制御プログラム９５は、コンピュータ読み取り可能に記録された可搬式メディアであるＣＤ（Compact Disc）−ＲＯＭ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）−ＲＯＭ、ＢＤ（Blu-ray（登録商標） Disc）、ハードディスクドライブ又はソリッドステートドライブ等の記録媒体９６に記録されており、ＣＰＵ９０が記録媒体１９から、制御プログラム９５を読み出し、記憶部９１に記憶させてもよい。
さらに、通信網に接続されている図示しない外部コンピュータから本発明に係る制御プログラム９５を取得し、記憶部９１に記憶させることにしてもよい。
【００２７】
ＲＡＭ９２は、ＤＲＡＭ（Dynamic RAM)、SRAM(Static RAM）等のメモリであり、ＣＰＵ９０の演算処理を実行する際に記憶部９１から読み出された制御プログラム９５、及びＣＰＵ９０の演算処理によって生ずる各種データを一時記憶する。
計時部９３は、後述するように、前回の水素パージからの経過時間を計時する。
【００２８】
本実施の形態においては、以上のように構成された実施の形態１に係る燃料電池１００を用い、水素ボンベ２に貯蔵された水素の不純物情報を記憶し、該不純物情報と、水素ボンベ２からスタック１へ供給された水素量とに基づいて、水素循環路１３内の不純物濃度を算出し、算出した不純物濃度が所定値以上である場合に、スタック１から排気されたオフガスを外部へ排出する。
【００２９】
制御部９のＣＰＵ９０は記憶部９１から制御プログラム９５を読み出して、オフガス排出の制御処理を実行する。
以下、オフガス排出の制御処理について具体的に説明する。
【００３０】
図２は、ＣＰＵ９０によるオフガス排出の制御処理を示すフローチャートである。
記憶部９１には、予め、使用する水素ボンベ２の表示シート２１のＱＲコードを読み取ることにより、水素ボンベ２の不純物情報が記憶されている。また、不純物情報は、成分表が水素ボンベ２に添付してあり、作業者が数値を手打ち入力することにより、記憶部９１に記憶することにしてもよい。
記憶部９１には、予め、規定のパージ時間が記憶されている。
【００３１】
まず、ＣＰＵ９０は、記憶部９１から不純物情報を読み出す（Ｓ１）。
次に、ＣＰＵ９０は、計時部９３により計時した、前回のパージからの経過時間における累積の発電量（Ｗｈ）を取り込む（Ｓ２）。
【００３２】
ＣＰＵ９０は、取り込んだ発電量に基づき、水素循環路１３内のオフガス中に含まれる全不純物濃度を算出し、特定の不純物の濃度を算出する（Ｓ３）。全不純物濃度とは、上述の全ての不純物の、水素循環路１３内における合計の濃度をいい、特定の不純物の濃度とは、上述の特定の不純物のうち、予め定められた、１又は複数の不純物の、水素循環路１３内における個別の濃度をいう。
全不純物濃度は下記式（１）により求められる。
【００３３】
【数１】
2017059451.tif 000003
【００３４】
但し、
全不純物濃度の単位：体積％
不純物濃度：水素ボンベ２の表示シート２１に示されている全ての不純物の体積％
Ｊ：機体間のばらつきを補正するための補正係数。想定される因子は水素循環路ポンプ６による水素循環量のばらつき
Ｋ:カソード側から高分子電解質膜を介してアノード側へ透過してくる水素以外の物質を考慮するための係数（事前に実験により取得する）。
t：前回パージしてからの経過時間（ｓ）
ｆ（ｔ）：ある時刻tにおける水素ボンベ２からスタック１へ供給される単位時間当たりの水素流量（ＮＬ／ｓ）
燃料電池１００が流量計を備える場合、流量計の検出値によりｆ（ｔ）は求められる。ここでは、流量計を備えない場合とし、ステップＳ１で取り込んだ発電量と、使用しているシステム効率とから推定した値を用いるものとする。
水素循環路の体積：Ｌ
【００３５】
式（１）の｛｝の部分は水素循環路１３に残留している全不純物の体積に相当する。
即ち、
（水素循環路１３内の全不純物量）÷（水素循環路の体積）≒（水素循環路の全不純物濃度）
となる。触媒への不純物吸着の影響は、ここでは考慮しない。
【００３６】
本実施の形態においては、水素ボンベ２を順に使用するので、水素循環路１３内の不純物量は、使用した水素ボンベ２毎に｛｝の部分の計算を行い、合計した後、水素循環路１３の体積で除して、全不純物濃度を求める。
【００３７】
特定の不純物濃度は下記式（２）により求められる。ＣＰＵ９０は、予め定められた不純物につき、個別に不純物濃度を求める。
【００３８】
【数２】
2017059451.tif 000004
【００３９】
ＣＰＵ９０は、全不純物濃度がＡ％以上であるか否かを判定する（Ｓ４）。ここで、Ａの数値として、２０から３０までの間の適宜の数値が挙げられる。
ＣＰＵ９０は、全不純物濃度がＡ％以上であると判定した場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、規定パージ時間より早い時間で、全不純物濃度がＡ％以上になっているので、三方切換弁１４及びガスパージ弁１７を制御して、この時点でパージを行う（Ｓ１０）。
【００４０】
ＣＰＵ９０は、全不純物濃度がＡ％以上でないと判定した場合（Ｓ４：ＮＯ）、特定の不純物濃度がＢｐｐｍ以上であるか否かを判定する（Ｓ５）。ここで、特定の不純物として複数挙げられている場合、不純物毎にＢの数値を設定する。
特定の不純物の一例として、ＣＯが挙げられる。
触媒にルテニウムを添加することで、排出時に除去できるＣＯの濃度は２０ｐｐｍ〜５０ｐｐｍである。
水素ボンベ２のＣＯ濃度が０．１ｐｐｍである場合、水素循環路１３の体積の略２００倍の量の水素をアノード側部分へ供給して循環を行うと、２０ｐｐｍになることが事前に分かる。このタイミングでパージを行うことで、水素循環路１３のＣＯ濃度が２０ｐｐｍを超えることを防止することができるので、Ｂを２０ｐｐｍに設定する。
【００４１】
ＣＰＵ９０は、スタック１の電圧を取り込む（Ｓ６）。
ＣＰＵ９０は、取り込んだ電圧が、電力−電圧特性曲線より上であるか否か、即ち、その時点の発電電力における曲線上の電圧値より大きいか否かを判定する（Ｓ７）。
図３は、電力−電圧特性曲線の一例である。横軸が発電電力、縦軸が電圧である。
【００４２】
ＣＰＵ９０は、前記電圧が電力−電圧特性曲線より上でないと判定した場合（Ｓ７：ＮＯ）、補正係数を大きくする（Ｓ８）。例えば前記式（１）のＪの値を大きくする。
または、式（１）の不純物濃度の値を大きくする。
例えば不純物濃度が「Ｘ」であり、１０分で所定の濃度「Ａ」になると推定していたが、５分後に濃度Ａに到達した可能性があるので、不純物濃度は「Ｘ」ではなく、「２Ｘ」として、式（１）を補正する。「J」を補正する場合は、「J」を「２Ｊ」にする。
濃度自体は測定できないので、スタック１の電位が不安定になる濃度を予め求めておき、ＣＰＵ９０が、前記電圧が電力−電圧特性曲線より上でないと判定した場合、この補正を行う。
【００４３】
ＣＰＵ９０は、前記電圧が電力−電圧特性曲線より上であると判定した場合（Ｓ７：ＹＥＳ）、規定のパージ時間を経過したか否かを判定する（Ｓ９）。
上述したように、予め、所定時間継続して発電を行った場合、パージを行うように設定してある。ＣＰＵ９０は、計時部９３による計時時間が前記所定時間を超えたか否かを判定する。
【００４４】
ＣＰＵ９０は、規定のパージ時間を経過していないと判定した場合（Ｓ９：ＮＯ）、処
理をステップＳ２へ戻す。
ＣＰＵ９０は、規定のパージ時間を経過したと判定した場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、オフガスを外部へ排出する指示を出力して、パージを行う（Ｓ１０）。
ＣＰＵ９０は、トラップ８側及び排出弁１７側の通流管が連通するように三方切換弁１４を開き、オフガスを排水弁１７から外部へ排出する。
ＣＰＵ９０は、計時部９３の時間及び発電量をリセットする（Ｓ１１）。
燃料電池１００が発電を行っている間、このオフガス排出の制御処理は繰り返される。
【００４５】
図４は、ＣＰＵ９０による発電可能量の算出処理を示すフローチャートである。
ＣＰＵ９０は、一次圧力計３から圧力を、使用している水素ボンベ２側の温度センサ２３から温度を取り込む（Ｓ２１）。圧力は、前記水素ボンベ２の圧力に相当する。
ＣＰＵ９０は、水素ボンベ２内の残存水素量を算出する（Ｓ２２）。
取り込んだ圧力及び温度、体積（水素ボンベ２の内容積及び水素ボンベ２から開閉弁２２までの管路内部の体積の和）に基づいて、理想気体の状態方程式より水素ボンベ２内に残存している（水素＋不純物）のモル数が算出される。このモル数から、０℃、１気圧に換算したリットル数（ＮＬ）を算出し、不純物情報から分かる水素の体積％を乗算することで残存水素量が算出される。
【００４６】
ＣＰＵ９０は、使用可能水素量を算出する（Ｓ２３）。
使用可能水素量は、下記の式（３）により求められる。
使用可能水素量＝残存水素量−パージにより排出される水素量・・・（３）
「パージにより排出される水素量」は、水素ボンベ２の不純物情報から算出される、１回のパージで排出される水素量に基づく水素量である。例えば、上述のＡが２０％である場合、水素循環路１３の体積の８０％が水素であり、これが１回のパージで排出される。
【００４７】
ＣＰＵ９０は、使用可能水素量に基づいて発電可能量を算出する（Ｓ２４）。ＣＰＵ９０は、使用可能水素量の水素の反応による発電量を算出する。
ＣＰＵ９０は、表示部１８により発電可能量を表示し（Ｓ２５）、処理を終了する。
燃料電池１００が発電を行っている間、発電可能量を算出する処理は繰り返される。
【００４８】
本実施の形態においては、水素ボンベ２毎の不純物情報及び供給水素量（発電量）に基づき、水素循環路１３内の不純物濃度を精度良く算出し、オフガスの排出のタイミングを適正に求めて、オフガスを排出することができる。従って、発電効率の低下を抑制するとともに、水素を無駄なく使用することができる。
例えば、水素ボンベ２の不純物濃度が０．０１％と０．０２％とでは、濃度の差は僅かであるが、パージが必要になるまでの時間が略２倍異なる。このような場合に適正にパージのタイミングを求めることができるので、水素節約の効果及び良好な発電の維持効果が大きい。
そして、算出した不純物量よりも実際の不純物量が多い場合、オフガスの排出の間隔が短くなるように補正するので、不純物濃度が許容濃度を超えて発電が不安定になる前に不純物を排出することができ、安定な発電に必要な水素濃度を保持することができる。
【００４９】
本実施の形態においては、複数の水素ボンベ２が各別の開閉弁２２に連結されてスタック１へ水素を供給するように構成されており、ＣＰＵ９０は、各水素ボンベ２に貯蔵された水素の各不純物情報に基づく水素循環路１３内の合計不純物量に基づき、不純物濃度を算出するので、不純物濃度を精度良く得ることができる。
なお、全ての開閉弁２２を同時に開いて水素をスタック１へ供給する場合は、各水素ボンベ２からの合計量の水素が水素供給路１１を介しスタック１へ送られるので、ＣＰＵ９１は、上述の式（１）の「不純物濃度」として、各水素ボンベ２の不純物情報から算出した平均値を用い、上述の式（２）の「特定の不純物濃度」として各水素ボンベ２の不純物
情報から算出した平均値を用いる。
【００５０】
本実施の形態においては、取得した圧力及び温度により水素ボンベ２の残存量を算出し、不純物情報により水素ボンベ２内の残存の純水素量を算出し、パージ時に排出する水素量に基づいて、実際に発電に使用することができる水素量を算出した上で、発電可能量を算出するので、算出の精度が良好である。
なお、温度が常に一定に保持されるように構成されている場合、温度を取得しないことにしてもよい。
【００５１】
実施の形態２．
図５は、実施の形態２に係る燃料電池１０１を示すブロック図である。図中、図１と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。
実施の形態２に係る燃料電池１０１においては、表面にＩＣチップ２４が設けられた水素ボンベ２を用いる。
実施の形態２に係る燃料電池１０１は、各水素ボンベ２に設けられたＩＣチップ２４から不純物情報を取得し、記憶部９１に記憶する。
本実施の形態においては、各水素ボンベ２の不純物情報が容易に記憶部９１に記憶される。
ＣＰＵ９０によるオフガス排出の制御処理、及び発電可能量の算出処理は、実施の形態１と同様にして行う。
【００５２】
実施の形態３．
図６は、実施の形態３に係る燃料電池１０２を示すブロック図である。図中、図１と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５３】
実施の形態３に係る燃料電池１０２においては、各水素ボンベ２は一つの開閉弁２５に連結されている。実施の形態１及び２と異なり、開閉弁２５が一つであるので、各水素ボンベ２からの合計量の水素が水素供給路１１を介しスタック１へ送られる。
従って、制御部９は、上述の式（１）の「不純物濃度」として、各水素ボンベ２の不純物情報から算出した平均値を用い、上述の式（２）の「特定の不純物濃度」として各水素ボンベ２の不純物情報から算出した平均値を用いる。
【００５４】
本実施の形態においては、水素循環路１３内の平均不純物濃度を算出するので、より精度良く水素循環路１３内の不純物濃度を得ることができる。
【００５５】
以上のように、本発明に係る燃料電池は、水素及び酸素を反応させて発電する発電部と、該発電部に供給する水素を貯蔵する水素貯蔵容器と、前記発電部から排気されるガスを前記発電部へ戻して循環させ、又は外部へ排出する制御部とを備える燃料電池において、前記水素貯蔵容器に貯蔵された水素の不純物情報を記憶する記憶部を備え、前記制御部は、前記記憶部に記憶された不純物情報に基づいて、前記ガスを外部へ排出することを特徴とする。
【００５６】
本発明においては、水素貯蔵容器毎の不純物情報に基づき、排気ガスの排出のタイミングを適正に求めてガスを排出することができる。従って、発電効率の低下を抑制するとともに、水素を無駄なく使用することができる。
【００５７】
本発明に係る燃料電池は、前記制御部は、前記不純物情報と、前記水素貯蔵容器から前記発電部へ供給された水素量とに基づいて、前記発電部内及び水素循環のための通流管内の不純物濃度を算出し、該不純物濃度が所定値以上である場合に、前記ガスを外部へ排出することを特徴とする。
【００５８】
本発明においては、水素貯蔵容器毎の不純物情報及び供給水素量に基づき、発電部及び通流管内の不純物濃度を精度良く算出し、排気ガスの排出のタイミングを求めて、ガスを排出することができる。
【００５９】
本発明に係る燃料電池は、前記水素貯蔵容器の圧力を測定する圧力計を備えることを特徴とする。
【００６０】
本発明においては、圧力により水素貯蔵容器の水素及び不純物の合計残存量を算出することができる。
【００６１】
本発明に係る燃料電池は、前記制御部は、前記圧力計から取得した圧力と、前記不純物情報とに基づいて、前記水素貯蔵容器の残存水素量を算出することを特徴とする。
【００６２】
本発明においては、水素貯蔵容器の圧力及び不純物情報により、水素貯蔵容器内の残存の純水素量を算出することができる。
【００６３】
本発明に係る燃料電池は、前記制御部は、前記残存水素量と、前記ガスの排出時の水素排出量とに基づき、前記発電部で使用可能な水素量を算出し、該水素量に基づく発電可能量を算出することを特徴とする。
【００６４】
本発明においては、残存水素量のうち、実際に発電に使用することができる水素量を算出するので、発電可能量を精度良く算出することができる。
【００６５】
本発明に係る燃料電池は、前記制御部は、前記発電部の電圧が所定値以下である場合に、前記ガスの排出の間隔を短くし、前記ガスを排出することを特徴とする。
【００６６】
本発明においては、算出した不純物量よりも実際の不純物量が多い場合、ガスの排出の間隔が短くなるように補正するので、不純物濃度が許容濃度を超えて発電が不安定になる前に不純物を排出することができ、安定した発電に必要な水素濃度を保持することができる。
【００６７】
本発明に係る燃料電池は、前記水素貯蔵容器を複数備えることを特徴とする。
【００６８】
本発明においては、複数の水素ボンベにより長時間の発電を行うことが可能である。
【００６９】
本発明に係る燃料電池は、複数の水素貯蔵容器が各別の開閉弁に連結されて前記発電部へ水素を供給するように構成されており、前記制御部は、各水素貯蔵容器に貯蔵された水素の各不純物情報に基づき、前記発電部内及び前記通流管内の合計不純物濃度を算出することを特徴とする。
【００７０】
本発明においては、各水素貯蔵容器の各不純物情報に基づいて算出した、発電部内及び前記通流管内の不純物量の合計値により不純物濃度をより精度良く算出することができる。
【００７１】
本発明に係る燃料電池は、複数の水素貯蔵容器が１つの開閉弁に連結されて前記発電部へ水素を供給するように構成されており、前記制御部は、各水素貯蔵容器に貯蔵された水素の各不純物情報に基づき、前記発電部及び前記通流管内の平均不純物濃度を算出することを特徴とする。
【００７２】
本発明においては、各水素貯蔵容器から送出される合計の水素が発電部に供給されるので、発電部及び前記通流管内の平均不純物濃度を算出することにより、より精度良く発電部内及び前記通流管内の不純物濃度を得ることができる。
【００７３】
本発明に係る燃料電池は、水素及び酸素を反応させて発電する発電部と、該発電部に供給する水素を貯蔵する水素貯蔵容器と、前記発電部から排気されるガスを前記発電部へ戻して循環させ、又は外部へ排出する制御部とを備える燃料電池において、前記水素貯蔵容器に貯蔵された水素の不純物情報を記憶する記憶部を備え、前記制御部は、前記記憶部に記憶された不純物情報と、前記水素貯蔵容器から前記発電部へ供給された水素量とに基づいて、前記発電部内及び水素循環のための通流管内の不純物濃度を算出することを特徴とする。
【００７４】
本発明においては、水素貯蔵容器毎の不純物情報及び供給水素量に基づき、発電部及び通流管内の不純物濃度を精度良く算出することができる。
【００７５】
本発明に係る燃料電池の制御方法は、水素及び酸素を反応させて発電する発電部と、前記発電部に供給する水素を貯蔵する水素貯蔵容器と、前記発電部から排気されるガスを前記発電部へ戻して循環させ、又は外部へ排出する制御部とを備える燃料電池の制御方法であって、前記水素貯蔵容器に貯蔵された水素の不純物情報を記憶し、該不純物情報と、前記水素貯蔵容器から前記発電部へ供給された水素量とに基づいて、前記発電部内及び水素循環のための通流管内の不純物濃度を算出し、算出した不純物濃度が所定値以上である場合に、前記ガスを外部へ排出することを特徴とする。
【００７６】
本発明においては、水素貯蔵容器毎の不純物情報及び供給水素量に基づき、発電部及び通流管内の不純物濃度を精度良く算出し、排気ガスの排出のタイミングを適正に求めて、ガスを排出することができる。従って、発電効率の低下を抑制するとともに、水素を無駄なく使用することができる。
【００７７】
本発明に係るコンピュータプログラムは、水素及び酸素を反応させて発電する発電部と、前記発電部に供給する水素を貯蔵する水素貯蔵容器と、前記発電部から排気されるガスを前記発電部へ戻して循環させ、又は外部へ排出する制御部とを備える燃料電池を制御するコンピュータに、前記水素貯蔵容器に貯蔵された水素の不純物情報を記憶し、該不純物情報と、前記水素貯蔵容器から前記発電部へ供給された水素量とに基づいて、前記発電部内及び水素循環のための通流管内の不純物濃度を算出し、算出した不純物濃度が所定値以上である場合に、前記ガスを外部へ排出する指示を出力する処理を実行させることを特徴とする。
【００７８】
本発明においては、水素貯蔵容器毎の不純物情報及び供給水素量に基づき、発電部及び通流管内の不純物濃度を精度良く算出し、排気ガスの排出のタイミングを適正に求めて、ガスを排出することができる。従って、発電効率の低下を抑制するとともに、水素を無駄なく使用することができる。
【００７９】
本発明は上述した実施の形態１〜３の内容に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。即ち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８０】
１  スタック
２  水素ボンベ
２１  表示シート
２２、２５  開閉弁
２３  温度センサ
２４  ＩＣチップ
３  １次圧力計
４  レギュレータ
５  ２次圧力計
６  水素循環ポンプ
７  水素パージフィルタ
８  トラップ
９  制御部
９０  ＣＰＵ
９１  記憶部
９３  計時部
９５  制御プログラム
１１  水素供給路
１３  水素循環路（発電部及び水素の循環のための通流管）
１４  三方切換弁
１７  ガスパージ弁
１８  表示部
１００、１０１、１０２  燃料電池
【図１】
2017059451.tif 000005
【図２】
2017059451.tif 000006
【図３】
2017059451.tif 000007
【図４】
2017059451.tif 000008
【図５】
2017059451.tif 000009
【図６】
2017059451.tif 000010