JP2002313390A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池の運転を
開始するに際して、燃料電池への燃料ガスの供給をする
と共に燃料ガス排出弁を開状態にして、燃料ガス流路内
の空気などの残留ガスを燃料ガスに置換する燃料電池シ
ステムに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of starting operation of a fuel cell, in which fuel gas is supplied to the fuel cell and a fuel gas discharge valve is opened to remove air or the like in the fuel gas passage. The present invention relates to a fuel cell system that replaces residual gas with fuel gas.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の燃料電池システムとしては、発電
源として、いわゆる燃料電池スタックを用いたものが知
られている。燃料電池スタックは、固体高分子電解質膜
を酸化剤極と燃料極とにより挟んで構成された燃料電池
構造体が、セパレータを介して複数積層されてなる。こ
の燃料電池システムでは、燃料電池スタックに水素を燃
料ガスとして燃料極に供給すると共に、酸素を含んだ空
気を空気極に供給することにより、水素と酸素とを電気
化学的に反応させて直接発電するものである。2. Description of the Related Art As a conventional fuel cell system, a system using a so-called fuel cell stack as a power generation source is known. The fuel cell stack is formed by stacking a plurality of fuel cell structures each having a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between an oxidant electrode and a fuel electrode, with a separator interposed therebetween. In this fuel cell system, hydrogen is supplied to the fuel cell stack as a fuel gas to the fuel electrode, and air containing oxygen is supplied to the air electrode, thereby causing an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen to directly generate power. Is what you do.
【０００３】通常、燃料電池システムでは、燃料電池ス
タックを起動するに際して、燃料ガス配管流路中の燃料
ガス以外の残留ガス（空気）を、燃料ガスで置換する必
要がある。Normally, in a fuel cell system, when starting the fuel cell stack, it is necessary to replace the residual gas (air) other than the fuel gas in the fuel gas pipe flow path with the fuel gas.
【０００４】従来の燃料電池システムでは、燃料電池を
起動するに際して、特開平１１−９７０４７号公報に開
示されている技術が知られている。[0004] In a conventional fuel cell system, a technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-97047 is known for starting a fuel cell.
【０００５】この燃料電池システムでは、燃料電池スタ
ックの起動時において、燃料電池スタックに燃料ガス及
び酸化剤ガスを供給開始し、電圧検出手段により燃料電
池スタックの発電電圧を検出する。そして、燃料電池ス
タックの発電電圧が一定となると、燃料電池システムの
燃料ガス配管流路中が燃料ガスで満たされたことを検知
する。このとき、燃料電池システムでは、燃料ガス配管
流路中の残留ガスを燃料ガスで置換するために、燃料ガ
ス配管流路に設けられた排出バルブを開状態にしておく
ようにしていた。[0005] In this fuel cell system, when the fuel cell stack is started, supply of fuel gas and oxidizing gas to the fuel cell stack is started, and the voltage generated by the fuel cell stack is detected by voltage detecting means. When the power generation voltage of the fuel cell stack becomes constant, it is detected that the fuel gas pipe flow path of the fuel cell system has been filled with fuel gas. At this time, in the fuel cell system, in order to replace the residual gas in the fuel gas pipe flow path with the fuel gas, the discharge valve provided in the fuel gas pipe flow path is kept open.
【０００６】また、この燃料電池システムでは、一定体
積の燃料ガス以外の残留ガスを排出バルブから排出した
ら、燃料ガス配管流路が燃料ガスで満たされたことを判
定していた。Further, in this fuel cell system, when a certain volume of residual gas other than fuel gas is discharged from the discharge valve, it is determined that the fuel gas pipe flow path is filled with fuel gas.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上述の従来の燃料電池
システムでは、一般的に、燃料電池スタックの温度や、
燃料電池スタック内のガス供給流路の水詰まり有無によ
って、燃料電池スタックの発電状態が異なってしまう。In the conventional fuel cell system described above, generally, the temperature of the fuel cell stack,
The power generation state of the fuel cell stack differs depending on whether or not the gas supply flow path in the fuel cell stack is clogged with water.
【０００８】しかし、上述の従来の特開平１１−９７０
４７号公報に開示された燃料電池システムでは、燃料電
池スタックの起動時に燃料ガス配管流路中が燃料ガスで
置換されたことを単に燃料電池スタックの発電電圧を検
知して判定しているために、水詰まりか、或いはその他
の要因で発電に支障がある条件下などでは正確に燃料ガ
スの置換状態を判定することができない場合がある。However, the above-mentioned conventional Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-970
In the fuel cell system disclosed in Japanese Patent No. 47, the fact that the fuel gas pipe passage is replaced with the fuel gas when the fuel cell stack is started is simply determined by detecting the power generation voltage of the fuel cell stack. Under conditions such as water clogging or other factors that hinder power generation, the state of replacement of fuel gas may not be accurately determined.
【０００９】また、この燃料電池システムでは、燃料ガ
ス配管流路中の残留ガスを燃料ガスで置換するに際し
て、一定体積のガスを排出したら燃料ガス配管流路が燃
料ガスで満たされたことを判定していたが、燃料ガス配
管流路中のガスの流れ具合によっては燃料ガスで置換が
行われたか否かの正確な判定が困難となる。Further, in this fuel cell system, when replacing a residual gas in the fuel gas pipe flow path with the fuel gas, it is determined that the fuel gas pipe flow path is filled with the fuel gas when a predetermined volume of gas is discharged. However, it is difficult to accurately determine whether or not the replacement has been performed with the fuel gas depending on the flow state of the gas in the fuel gas pipe flow path.
【００１０】そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて
提案されたものであり、燃料電池スタックの始動時に、
燃料ガスの排出量を抑制すると共に燃料ガス流路中の残
留ガスを燃料ガスに確実に置換することができる燃料電
池システムを提供するものである。Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described circumstances, and when starting the fuel cell stack,
An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of suppressing the discharge amount of fuel gas and reliably replacing the residual gas in the fuel gas flow path with fuel gas.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明で
は、電解質膜を酸化剤極と燃料極とにより挟んで構成さ
れ、上記酸化剤極側に酸化剤ガスが供給されると共に、
上記燃料極側に燃料ガスが供給されて発電する燃料電池
と、上記燃料電池の燃料極に燃料ガスを燃料ガス供給流
路を介して供給する燃料ガス供給手段と、上記燃料電池
から排出された燃料ガスを燃料ガス排出流路を介して外
気へ排出する燃料ガス排出手段と、上記燃料電池内の燃
料ガス圧力を検出する圧力検出手段と、上記燃料電池を
始動開始するに際して、上記燃料ガス排出手段を開状態
にし、上記圧力検出手段で検出された上記燃料電池内の
燃料ガス圧力に基づいて上記燃料電池内の燃料ガス圧力
を一定とするように上記燃料ガス供給手段の上記燃料電
池への燃料ガス供給量を調整する制御をし、上記燃料ガ
ス供給手段の燃料ガス供給量に基づいて上記燃料ガス排
出手段を閉状態にする第１判定処理、又は上記燃料ガス
排出手段を開状態にし、上記燃料電池への燃料ガス供給
量を一定にするように上記燃料ガス供給手段を制御し、
上記圧力検出手段で検出された上記燃料電池内の燃料ガ
ス圧力に基づいて上記燃料ガス排出手段を閉状態にする
第２判定処理をする始動制御手段とを備える。According to the first aspect of the present invention, an electrolyte membrane is sandwiched between an oxidant electrode and a fuel electrode, and an oxidant gas is supplied to the oxidant electrode side.
A fuel cell that supplies fuel gas to the fuel electrode side to generate power; a fuel gas supply unit that supplies fuel gas to the fuel electrode of the fuel cell via a fuel gas supply flow path; and a fuel cell that is discharged from the fuel cell. Fuel gas discharging means for discharging fuel gas to the outside air through a fuel gas discharge passage; pressure detecting means for detecting fuel gas pressure in the fuel cell; and fuel gas discharging when starting the fuel cell. The fuel gas supply means to the fuel cell so as to keep the fuel gas pressure in the fuel cell constant based on the fuel gas pressure in the fuel cell detected by the pressure detection means. A first determining process of controlling the fuel gas supply amount and closing the fuel gas discharge unit based on the fuel gas supply amount of the fuel gas supply unit, or the open state of the fuel gas discharge unit And controls the fuel gas supply means to a constant amount of fuel gas supplied to the fuel cell,
Starting control means for performing a second determination process for closing the fuel gas discharging means based on the fuel gas pressure in the fuel cell detected by the pressure detecting means.
【００１２】請求項２に係る発明では、上記始動制御手
段は、上記第１判定処理において、上記燃料ガス供給手
段の燃料ガス供給量が所定量以上になったことに応じて
上記燃料ガス排出手段の燃料ガス排出量を制御する。According to a second aspect of the present invention, in the first determination process, the start control means determines that the fuel gas discharge means has been turned on when the fuel gas supply amount of the fuel gas supply means has exceeded a predetermined amount. Control the fuel gas emissions.
【００１３】請求項３に係る発明では、上記始動制御手
段は、上記第２判定処理において、上記圧力検出手段で
検出された上記燃料電池内の燃料ガス圧力が所定値以下
になったことに応じて上記燃料ガス排出手段の燃料ガス
排出量を制御する。[0013] In the invention according to claim 3, the starting control means is responsive to the fuel gas pressure in the fuel cell detected by the pressure detecting means being lower than a predetermined value in the second determination processing. Thus, the fuel gas discharge amount of the fuel gas discharge means is controlled.
【００１４】請求項４に係る発明では、上記燃料ガス排
出手段は、上記燃料電池の燃料ガス排出口から排出され
た燃料ガスを上記燃料電池の燃料ガス供給口に循環する
燃料ガス循環流路上に設けられる。[0014] In the invention according to claim 4, the fuel gas discharging means is provided on a fuel gas circulation channel for circulating the fuel gas discharged from the fuel gas discharge port of the fuel cell to the fuel gas supply port of the fuel cell. Provided.
【００１５】請求項５に係る発明では、上記燃料ガス排
出手段は、上記燃料電池の燃料ガス排出口から排出され
た燃料ガスを外部に排出する燃料ガス排出流路であって
上記燃料ガス排出口近傍に設けられる。[0015] In the invention according to claim 5, the fuel gas discharge means is a fuel gas discharge flow path for discharging fuel gas discharged from a fuel gas discharge port of the fuel cell to the outside, and the fuel gas discharge port is provided with a fuel gas discharge port. It is provided in the vicinity.
【００１６】請求項６に係る発明では、上記燃料電池の
電圧を検出する電圧検出手段を更に備え、上記燃料ガス
排出手段を閉状態にした後に、上記電圧検出手段で検出
された上記燃料電池の電圧に基づいて上記燃料電池の状
態を検出する。The invention according to claim 6 further comprises voltage detecting means for detecting the voltage of the fuel cell, and after closing the fuel gas discharging means, detects the voltage of the fuel cell detected by the voltage detecting means. The state of the fuel cell is detected based on the voltage.
【００１７】[0017]
【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、燃料電池
を始動開始するに際して、燃料ガス排出手段を開状態に
し、圧力検出手段で検出された燃料電池内の燃料ガス圧
力に基づいて燃料電池内の燃料ガス圧力を一定とするよ
うに燃料ガス供給手段の燃料電池への燃料ガス供給量を
調整する制御をし、燃料ガス供給手段の燃料ガス供給量
に基づいて燃料ガス排出手段を閉状態にする第１判定処
理、又は燃料ガス排出手段を開状態にし、燃料電池への
燃料ガス供給量を一定にするように燃料ガス供給手段を
制御し、圧力検出手段で検出された燃料電池内の燃料ガ
ス圧力に基づいて燃料ガス排出手段を閉状態にする第２
判定処理をするので、燃料ガス供給流路内における燃料
ガスへの置換状況を的確に判断することができる。According to the first aspect of the present invention, when starting the fuel cell, the fuel gas discharging means is opened, and the fuel gas is detected based on the fuel gas pressure in the fuel cell detected by the pressure detecting means. The fuel gas supply means controls the fuel gas supply amount to the fuel cell so as to keep the fuel gas pressure in the battery constant, and the fuel gas discharge means is closed based on the fuel gas supply amount of the fuel gas supply means. A first determination process for setting the fuel gas discharge means to an open state, and controlling the fuel gas supply means so as to keep the fuel gas supply amount to the fuel cell constant; Closing the fuel gas discharging means based on the fuel gas pressure of
Since the determination process is performed, the state of replacement with the fuel gas in the fuel gas supply channel can be accurately determined.
【００１８】請求項２に係る発明によれば、第１判定処
理において、燃料ガス供給手段の燃料ガス供給量が所定
量以上になったことに応じて燃料ガス排出手段の燃料ガ
ス排出量を制御するので、燃料電池の始動開始時に、必
要以上の燃料ガスを排出することを抑制して燃費の向上
を図ることができると共に、燃料ガスへの置換不足によ
る燃料電池の性能劣化を防止することができる。According to the second aspect of the present invention, in the first determination processing, the fuel gas discharge amount of the fuel gas discharge means is controlled in accordance with the fuel gas supply amount of the fuel gas supply means being equal to or more than a predetermined amount. Therefore, at the start of fuel cell startup, it is possible to suppress the discharge of fuel gas more than necessary to improve fuel efficiency, and to prevent the performance of the fuel cell from deteriorating due to insufficient replacement with fuel gas. it can.
【００１９】請求項３に係る発明によれば、第２判定処
理において、圧力検出手段で検出された燃料電池内の燃
料ガス圧力が所定値以下になったことに応じて燃料ガス
排出手段の燃料ガス排出量を制御するので、燃料電池の
始動開始時に、必要以上の燃料ガスを排出することを抑
制して燃費の向上を図ることができると共に、燃料ガス
への置換不足による燃料電池の性能劣化を防止すること
ができる。また、この請求項３に係る発明によれば、第
１判定処理よりも制御内容を簡略化することができる。According to the third aspect of the present invention, in the second determination process, the fuel gas discharging means detects the fuel gas pressure in the fuel cell when the pressure detected by the pressure detecting means falls below a predetermined value. Controlling the gas emission allows the fuel cell to emit more fuel gas than necessary at the start of fuel cell startup, thereby improving fuel efficiency and deteriorating fuel cell performance due to insufficient replacement with fuel gas. Can be prevented. According to the third aspect of the invention, the control content can be simplified as compared with the first determination process.
【００２０】請求項４に係る発明では、燃料ガス排出手
段を燃料電池の燃料ガス排出口から排出された燃料ガス
を燃料電池の燃料ガス供給口に循環する燃料ガス循環流
路上に設けられるので、燃料ガス供給流路及び燃料ガス
循環流路内の燃料ガスへの置換を確実に行うことができ
る。According to the fourth aspect of the present invention, the fuel gas discharging means is provided on the fuel gas circulation passage for circulating the fuel gas discharged from the fuel gas discharge port of the fuel cell to the fuel gas supply port of the fuel cell. The replacement with the fuel gas in the fuel gas supply passage and the fuel gas circulation passage can be reliably performed.
【００２１】請求項５に係る発明によれば、燃料電池の
燃料ガス排出口から排出された燃料ガスを外部に排出す
る燃料ガス排出流路であって燃料ガス排出口近傍に設け
られるので、燃料ガス循環流路を有していない場合にも
請求項１乃至３に係る処理を行うことができる。According to the fifth aspect of the present invention, since the fuel gas discharge passage for discharging the fuel gas discharged from the fuel gas outlet of the fuel cell to the outside is provided near the fuel gas outlet, the fuel The processing according to claims 1 to 3 can be performed even when the gas circulation channel is not provided.
【００２２】請求項６に係る発明によれば、燃料電池の
電圧を検出する電圧検出手段を更に備え、燃料ガス排出
手段を閉状態にした後に、電圧検出手段で検出された燃
料電池の電圧に基づいて燃料電池の状態を検出するの
で、燃料電池内の水詰まり等による発電不良などの燃料
電池状態を始動制御時に検出することができる。According to the sixth aspect of the present invention, there is further provided a voltage detecting means for detecting the voltage of the fuel cell, and after closing the fuel gas discharging means, the voltage of the fuel cell detected by the voltage detecting means is reduced. Since the state of the fuel cell is detected based on this, it is possible to detect the state of the fuel cell such as power generation failure due to water clogging in the fuel cell at the time of start control.
【００２３】[0023]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００２４】本発明は、例えば図１に示すように構成さ
れた燃料電池システムに適用される。The present invention is applied to, for example, a fuel cell system configured as shown in FIG.
【００２５】［燃料電池システムの構成（図１）］この
燃料電池システムに備えられる燃料電池スタック１は、
固体高分子電解質膜を酸化剤極と燃料極とにより挟んで
構成された燃料電池構造体が、セパレータを介して複数
積層されてなるスタック構造となっている。また、この
燃料電池スタック１では、内部に酸化剤ガスを通過させ
る酸化剤ガス流路１ａ、燃料ガスを通過させる燃料ガス
流路１ｂ、冷却水を通過させる冷却水流路（図示せず）
が設けられている。そして、燃料電池スタック１は、上
記酸化剤極側に酸化剤ガスとしての空気が供給されると
共に、上記燃料極側に燃料ガスとしての水素ガスが供給
される。これにより、燃料電池スタック１は、水分を媒
体として膜中をそれぞれのイオンが移動して接触して発
電する。[Configuration of Fuel Cell System (FIG. 1)] The fuel cell stack 1 provided in this fuel cell system
A fuel cell structure having a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between an oxidant electrode and a fuel electrode has a stack structure in which a plurality of fuel cell structures are stacked with a separator interposed therebetween. In the fuel cell stack 1, an oxidizing gas passage 1a through which an oxidizing gas passes, a fuel gas passage 1b through which a fuel gas passes, and a cooling water passage (not shown) through which cooling water passes.
Is provided. In the fuel cell stack 1, air as an oxidant gas is supplied to the oxidant electrode side, and hydrogen gas as a fuel gas is supplied to the fuel electrode side. Thereby, in the fuel cell stack 1, each ion moves and contacts the membrane using moisture as a medium to generate power.
【００２６】この燃料電池システムは、各部の動作を制
御する制御部２１が備えられている。制御部２１として
は、例えば、各種半導体素子などによって構成されたコ
ンピュータ等の情報処理装置が用いられており、この制
御部２１によって各部が制御されることにより、燃料電
池システム全体としての動作が制御される。The fuel cell system includes a control unit 21 for controlling the operation of each unit. As the control unit 21, for example, an information processing device such as a computer including various semiconductor elements is used. The control of the control unit 21 controls the operation of the entire fuel cell system. Is done.
【００２７】また、燃料電池システムは、燃料電池スタ
ック１に供給する燃料ガスを蓄積する燃料貯蔵用タンク
２、レギュレータ３、燃料供給調整弁４、エゼクタポン
プ５が燃料ガス供給流路Ｌ１上に配設され、起動時用燃
料ガス排出弁６が燃料ガス循環流路Ｌ２上に配設されて
構成されている。In the fuel cell system, a fuel storage tank 2 for storing fuel gas to be supplied to the fuel cell stack 1, a regulator 3, a fuel supply regulating valve 4, and an ejector pump 5 are arranged on a fuel gas supply passage L1. The start-up fuel gas discharge valve 6 is provided on the fuel gas circulation passage L2.
【００２８】また、この燃料電池システムは、起動時用
燃料ガス排出弁６の燃料ガス流入側近傍に、燃料ガス循
環流路Ｌ２中の燃料ガス圧力を検出する圧力センサ７が
配設され、更に燃料ガス循環流路Ｌ２から分岐した燃料
ガスパージ流路Ｌ３上にパージ弁８が配設されている。Further, in this fuel cell system, a pressure sensor 7 for detecting the pressure of the fuel gas in the fuel gas circulation passage L2 is disposed near the fuel gas inflow side of the fuel gas discharge valve 6 for startup. A purge valve 8 is provided on a fuel gas purge passage L3 branched from the fuel gas circulation passage L2.
【００２９】圧力センサ７は、燃料ガス循環流路Ｌ２内
の燃料ガス圧力を検出し、センサ信号として制御部２１
に出力する。この圧力センサ７により検出された燃料ガ
ス圧力は、制御部２１により燃料電池スタック１内の燃
料ガス圧力として認識される。The pressure sensor 7 detects the fuel gas pressure in the fuel gas circulation passage L2 and outputs the sensor signal as a sensor signal.
Output to The fuel gas pressure detected by the pressure sensor 7 is recognized by the control unit 21 as the fuel gas pressure in the fuel cell stack 1.
【００３０】更に、この燃料電池システムは、燃料供給
調整弁４の弁開度の調整をする第１アクチュエータ９
と、起動時用燃料ガス排出弁６の弁開度の調整をする第
２アクチュエータ１０と、パージ弁８の弁開度の調整を
する第３アクチュエータ１１とを備える。Further, in this fuel cell system, the first actuator 9 for adjusting the valve opening of the fuel supply adjusting valve 4 is provided.
A second actuator 10 for adjusting the opening degree of the fuel gas discharge valve 6 for startup and a third actuator 11 for adjusting the opening degree of the purge valve 8.
【００３１】これらの第１アクチュエータ９、第２アク
チュエータ１０及び第３アクチュエータ１１は、制御部
２１からの制御信号にしたがって、燃料供給調整弁４、
起動時用燃料ガス排出弁６及びパージ弁８を駆動して弁
開度を調整する。The first actuator 9, the second actuator 10, and the third actuator 11 actuate the fuel supply regulating valve 4,
The startup fuel gas discharge valve 6 and the purge valve 8 are driven to adjust the valve opening.
【００３２】制御部２１は、例えば外部から燃料電池ス
タック１の運転を開始する旨の命令が供給されること
で、燃料電池スタック１の発電を開始するように各部を
制御し、後述の第１〜第３始動制御処理のいずれかを実
行する。The control unit 21 controls each unit so as to start power generation of the fuel cell stack 1 by, for example, receiving a command to start the operation of the fuel cell stack 1 from the outside. To the third start control process.
【００３３】この第１〜第３始動制御処理は、燃料ガス
供給流路Ｌ１内及び燃料ガス循環流路Ｌ２内で燃料電池
スタック１の始動前に蓄積されていた燃料ガス以外の残
留ガスを、燃料ガスに置換する処理である。燃料ガス供
給流路Ｌ１及び燃料ガス循環流路Ｌ２内の残留ガスと
は、主として、前回のパージ弁８によるパージ動作で流
入した空気などがある。The first to third start control processes are performed to remove residual gas other than the fuel gas accumulated in the fuel gas supply passage L1 and the fuel gas circulation passage L2 before starting the fuel cell stack 1. This is the process of replacing with fuel gas. The residual gas in the fuel gas supply passage L1 and the fuel gas circulation passage L2 is mainly air or the like that has flowed in the previous purge operation by the purge valve 8.
【００３４】このような燃料電池システムでは、燃料電
池スタック１の運転を開始するに際して、制御部２１の
制御に従って、酸化剤ガス供給流路Ｌ４を介して燃料電
池スタック１の酸素極に酸素を含む酸化剤ガスを供給す
ると共に、燃料電池スタック１の燃料極に水素を含む燃
料ガスを供給する。In such a fuel cell system, when the operation of the fuel cell stack 1 is started, oxygen is contained in the oxygen electrode of the fuel cell stack 1 via the oxidizing gas supply passage L4 under the control of the control unit 21. An oxidant gas is supplied, and a fuel gas containing hydrogen is supplied to the fuel electrode of the fuel cell stack 1.
【００３５】［燃料電池システムの始動制御処理（図
２、図３）］ 「第１始動制御処理」第１始動制御処理では、燃料ガス
供給流路Ｌ１及び燃料ガス循環流路Ｌ２に燃料電池スタ
ック１を始動開始する前に残留している残留ガスを、燃
料ガスに置換するに際して、起動時用燃料ガス排出弁６
を開にした状態で、燃料供給調整弁４の開度を変化させ
るように制御部２１により制御する。[Start Control Process of Fuel Cell System (FIGS. 2 and 3)] "First Start Control Process" In the first start control process, the fuel cell stack is connected to the fuel gas supply passage L1 and the fuel gas circulation passage L2. When replacing the residual gas remaining before starting the fuel cell 1 with the fuel gas, the fuel gas discharge valve 6 for startup is used.
Is controlled by the control unit 21 so that the opening degree of the fuel supply adjustment valve 4 is changed.
【００３６】これは、燃料電池システムにおいて、モル
流量ｎの関係が、 ｎ＝A×(1/(ρ0)１／２)×{(2κ/(κ-1))×p0・f(p/p0)}１／２ （式１） で表現される。上記式１において、Ａは燃料供給調整弁
４又は起動時用燃料ガス排出弁６の開口面積、ρ０はガ
ス密度、ｐは燃料供給調整弁４又は起動時用燃料ガス排
出弁６の上流でのガス圧力、ｐ０は燃料供給調整弁４又
は起動時用燃料ガス排出弁６の下流でのガス圧力を示
す。In the fuel cell system, the relation of the molar flow rate n is as follows: n = A × (1 / (ρ0) 1/2 ) × {(2κ / (κ-1)) × p0 · f (p / p0)} is represented by 1/2 (formula 1). In the above formula 1, A is the opening area of the fuel supply control valve 4 or the start-up fuel gas discharge valve 6, ρ0 is the gas density, and p is the upstream of the fuel supply control valve 4 or the start-up fuel gas discharge valve 6. The gas pressure p0 indicates the gas pressure downstream of the fuel supply regulating valve 4 or the starting fuel gas discharge valve 6.
【００３７】上記モル流量ｎの式１より、燃料供給調整
弁４と起動時用燃料ガス排出弁６との開口面積が同等で
ある場合には、残留ガス（空気）のガス密度が燃料ガス
（水素）のガス密度よりも約１４倍高いので、起動時用
燃料ガス排出弁６から空気が排出されにくい。From the above equation (1) of the molar flow rate n, when the opening area of the fuel supply regulating valve 4 and the opening area of the fuel gas discharge valve 6 for start-up are equal, the gas density of the residual gas (air) becomes Since the gas density is about 14 times higher than the gas density of (hydrogen), it is difficult to discharge air from the fuel gas discharge valve 6 for startup.
【００３８】したがって、この第１始動制御処理では、
モル流量ｎを残留ガスと燃料ガスとで同等にするため
に、残留ガスを起動時用燃料ガス排出弁６から排出する
時よりも、燃料ガスを起動時用燃料ガス排出弁６から排
出する時に、起動時用燃料ガス排出弁６の上流でのガス
圧力を高くする。このために、制御部２１は、図２に示
すように、燃料供給調整弁４の開度を開いて開口面積を
大きくする制御をする。Therefore, in the first start control process,
In order to make the molar flow rate n equal between the residual gas and the fuel gas, when discharging the fuel gas from the fuel gas discharge valve 6 for start-up rather than discharging the residual gas from the fuel gas discharge valve 6 for start-up. Then, the gas pressure upstream of the starting fuel gas discharge valve 6 is increased. For this purpose, as shown in FIG. 2, the control unit 21 performs control to open the opening of the fuel supply adjustment valve 4 to increase the opening area.
【００３９】制御部２１は、図２から分かるように、時
刻ｔ０で燃料電池スタック１の始動を開始すると、燃料
供給調整弁４の開度を徐々に大きくて残留ガス排出を開
始し、起動時用燃料ガス排出弁６から燃料ガスが排出さ
れ始めると起動時用燃料ガス排出弁６上流圧力が下が
る。As can be seen from FIG. 2, when the start of the fuel cell stack 1 is started at time t0, the control section 21 gradually increases the opening of the fuel supply regulating valve 4 and starts discharging residual gas. When the fuel gas starts to be discharged from the fuel gas discharge valve 6 for use, the upstream pressure of the fuel gas discharge valve 6 for start-up decreases.
【００４０】これに対し、制御部２１は、時刻ｔ１以降
から、起動時用燃料ガス排出弁６上流圧力を一定するよ
うに燃料供給調整弁４の開度を徐々に大きくする制御を
することで、残留ガス及び燃料ガスを排出する。On the other hand, the control unit 21 performs control to gradually increase the opening of the fuel supply adjusting valve 4 so that the upstream pressure of the fuel gas discharge valve 6 for starting is constant from time t1 onward. Exhaust residual gas and fuel gas.
【００４１】制御部２１は、燃料ガスの排出量が多くな
るほど起動時用燃料ガス排出弁６上流圧力が小さくなる
が、起動時用燃料ガス排出弁６上流圧力を一定にしたま
ま燃料供給調整弁４の開度を徐々に大きくする制御をす
る。The control unit 21 determines that the higher the fuel gas discharge amount, the lower the pressure at the start-up fuel gas discharge valve 6 becomes. 4 is controlled so as to gradually increase the opening degree.
【００４２】そして、時刻ｔ２以降から、燃料供給調整
弁４の開度が設定値Ｖｓ以上となると、燃料ガスのみが
起動時用燃料ガス排出弁６から排出されており、燃料ガ
ス供給流路Ｌ１及び燃料ガス循環流路Ｌ２内の残留ガス
から燃料ガスへの置換が完了したとする。When the opening degree of the fuel supply adjusting valve 4 becomes equal to or more than the set value Vs from the time t2 onward, only the fuel gas is discharged from the fuel gas discharge valve 6 for startup, and the fuel gas supply passage L1 It is assumed that the replacement of the residual gas in the fuel gas circulation channel L2 with the fuel gas has been completed.
【００４３】図３に、このような第１始動制御処理を行
うときの制御部２１の処理手順を示す。FIG. 3 shows a processing procedure of the control unit 21 when performing such a first start control processing.
【００４４】先ず、制御部２１は、燃料電池スタック１
を起動する旨の命令を入力することに応じて、ステップ
Ｓ１以降の処理を開始する。First, the controller 21 controls the fuel cell stack 1
In response to input of an instruction to start the process, the processing after step S1 is started.
【００４５】ステップＳ１において、制御部２１は、燃
料電池スタック１を始動するために、先ず、起動時用燃
料ガス排出弁６を開状態にする制御信号を第２アクチュ
エータ１０に出力する。これに応じて、第２アクチュエ
ータ１０は起動時用燃料ガス排出弁６を開状態に駆動す
る。In step S 1, the control section 21 first outputs a control signal to the second actuator 10 to open the start-up fuel gas discharge valve 6 to start the fuel cell stack 1. In response, the second actuator 10 drives the startup fuel gas discharge valve 6 to the open state.
【００４６】次のステップＳ２において、制御部２１
は、燃料供給調整弁４を初期設定開度Ｖαまで開く制御
信号を第１アクチュエータ９に出力する。これに応じ
て、第１アクチュエータ９は燃料供給調整弁４の開度Ｖ
を初期設定開度Ｖαまで開くように駆動する。ここで、
制御部２１は、初期設定開度Ｖαを予め内部メモリに記
憶しており、初期設定開度ＶαをステップＳ１における
起動時用燃料ガス排出弁６の開口面積よりも小さく設定
している。In the next step S2, the control unit 21
Outputs a control signal to the first actuator 9 to open the fuel supply regulating valve 4 to the initially set opening degree Vα. In response to this, the first actuator 9 sets the opening V
Is driven to open to the initially set opening degree Vα. here,
The control unit 21 stores the initial setting opening degree Vα in the internal memory in advance, and sets the initial setting opening degree Vα to be smaller than the opening area of the startup fuel gas discharge valve 6 in step S1.
【００４７】ステップＳ２が終了した時点では、燃料貯
蔵用タンク２からの燃料ガスが燃料ガス供給流路Ｌ１及
び燃料ガス循環流路Ｌ２内に供給され、燃料ガス供給前
に燃料ガス供給流路Ｌ１及び燃料ガス循環流路Ｌ２に蓄
積された残留ガスが起動時用燃料ガス排出弁６から排出
されている状態となる。When step S2 is completed, the fuel gas from the fuel storage tank 2 is supplied into the fuel gas supply passage L1 and the fuel gas circulation passage L2, and the fuel gas supply passage L1 is supplied before the fuel gas is supplied. In addition, the residual gas accumulated in the fuel gas circulation passage L2 is discharged from the fuel gas discharge valve 6 for startup.
【００４８】この状態において、燃料ガス供給流路Ｌ１
及び燃料ガス循環流路Ｌ２内では、燃料貯蔵用タンク２
から燃料供給調整弁４を介して供給された燃料ガス濃度
が徐々に増えているのに対して、燃料ガス供給前に燃料
ガス供給流路Ｌ１及び燃料ガス循環流路Ｌ２に蓄積され
ていたガスの濃度が徐々に低くなっている。In this state, the fuel gas supply passage L1
And the fuel storage tank 2 in the fuel gas circulation passage L2.
Although the concentration of the fuel gas supplied from the fuel supply control valve 4 through the fuel supply regulating valve 4 gradually increases, the gas stored in the fuel gas supply passage L1 and the fuel gas circulation passage L2 before the supply of the fuel gas. Concentration gradually decreases.
【００４９】次のステップＳ３において、制御部２１
は、圧力センサ７からのセンサ信号を入力し、センサ信
号から燃料ガス循環流路Ｌ２内の現在の燃料ガス圧力値
Ｐｒを得る。In the next step S3, the control unit 21
Receives the sensor signal from the pressure sensor 7 and obtains the current fuel gas pressure value Pr in the fuel gas circulation channel L2 from the sensor signal.
【００５０】次のステップＳ４において、制御部２１
は、ステップＳ３において検出した燃料ガス圧力値Ｐｒ
と、予め内部メモリに記憶しておいた圧力目標値Ｐｓと
の比較をし、燃料ガス圧力値Ｐｒが圧力目標値Ｐｓより
も小さいか否かの判定をする。制御部２１は、燃料ガス
圧力値Ｐｒが圧力目標値Ｐｓよりも小さいときにはステ
ップＳ５に処理を進め、小さくないときにはステップＳ
３に処理を戻す。In the next step S4, the control unit 21
Is the fuel gas pressure value Pr detected in step S3.
Is compared with a target pressure value Ps stored in the internal memory in advance to determine whether or not the fuel gas pressure value Pr is smaller than the target pressure value Ps. When the fuel gas pressure value Pr is smaller than the target pressure value Ps, the control unit 21 proceeds to step S5.
The processing is returned to 3.
【００５１】ステップＳ５において、制御部２１は、燃
料供給調整弁４の開度を設定値β分だけ開く制御信号を
第１アクチュエータ９に出力する。これに応じて、第１
アクチュエータ９はステップＳ４の時点での開度よりも
設定値β分だけ開くように燃料供給調整弁４を駆動す
る。In step S5, the control section 21 outputs to the first actuator 9 a control signal for opening the opening of the fuel supply regulating valve 4 by the set value β. Accordingly, the first
The actuator 9 drives the fuel supply adjusting valve 4 so as to open by the set value β from the opening at the time of step S4.
【００５２】ここで、上記設定値βは、起動時用燃料ガ
ス排出弁６から燃料ガス供給流路Ｌ１及び燃料ガス循環
流路Ｌ２内の残留ガスを排出するときに必要な燃料供給
調整弁４の開度面積と、起動時用燃料ガス排出弁６から
燃料ガス供給流路Ｌ１及び燃料ガス循環流路Ｌ２内の燃
料ガスを排出するときに必要な燃料供給調整弁４の開度
面積との差を、等分した値とする。この設定値βは、燃
料電池システムの構成や仕様により異なるものであり、
予め制御部２１内のメモリに格納された値である。Here, the set value β is determined by the fuel supply adjusting valve 4 necessary for discharging the residual gas in the fuel gas supply passage L1 and the fuel gas circulation passage L2 from the fuel gas discharge valve 6 for startup. And the opening area of the fuel supply adjusting valve 4 necessary for discharging the fuel gas in the fuel gas supply passage L1 and the fuel gas circulation passage L2 from the starting fuel gas discharge valve 6. The difference is taken as an equally divided value. This set value β differs depending on the configuration and specifications of the fuel cell system,
This is a value previously stored in the memory in the control unit 21.
【００５３】次のステップＳ６において、制御部２１
は、ステップＳ５で変更された燃料供給調整弁４の開度
Ｖと、設定値Ｖｓとの比較をする。制御部２１は、設定
値Ｖｓが燃料供給調整弁４の開度Ｖよりも大きい場合に
は、燃料ガス供給流路Ｌ１及び燃料ガス循環流路Ｌ２内
のガスを燃料ガスで置換している最中であると判定して
ステップＳ３に処理を戻し、大きくない場合には燃料ガ
ス供給流路Ｌ１及び燃料ガス循環流路Ｌ２内の残留ガス
を燃料ガスで置換終了したと判定してステップＳ７に処
理を進める。In the next step S6, the control unit 21
Compares the opening V of the fuel supply regulating valve 4 changed in step S5 with the set value Vs. When the set value Vs is larger than the opening degree V of the fuel supply adjusting valve 4, the control unit 21 replaces the gas in the fuel gas supply passage L1 and the fuel gas circulation passage L2 with the fuel gas. And the process returns to step S3. If not, it is determined that the replacement of the residual gas in the fuel gas supply passage L1 and the fuel gas circulation passage L2 with the fuel gas has been completed, and the process returns to step S7. Proceed with the process.
【００５４】ステップＳ７において、制御部２１は、起
動時用燃料ガス排出弁６を閉じる制御信号を第２アクチ
ュエータ１０に出力し、第２アクチュエータ１０により
起動時用燃料ガス排出弁６を閉じるように駆動させて、
処理を終了する。In step S7, the control unit 21 outputs a control signal for closing the start-up fuel gas discharge valve 6 to the second actuator 10, and causes the second actuator 10 to close the start-up fuel gas discharge valve 6. Drive it,
The process ends.
【００５５】このような処理を行う制御部２１を備えた
燃料電池システムによれば、燃料供給調整弁４の開度、
すなわち燃料供給調整弁４から燃料ガス供給流路Ｌ１及
び燃料ガス循環流路Ｌ２に供給する燃料ガス供給量に基
づいて、燃料ガス循環流路Ｌ２内の残留ガスから燃料ガ
スへの置換状況を的確に判断することができる。したが
って、この燃料電池システムによれば、燃料電池スタッ
ク１の始動開始時に、必要以上の燃料ガスを排出するこ
とを抑制して燃費の向上を図ることができると共に、残
留ガスから燃料ガスへの置換不足による燃料電池スタッ
ク１の性能劣化を防止することができる。According to the fuel cell system provided with the control unit 21 for performing such processing, the opening degree of the fuel supply regulating valve 4
That is, based on the amount of fuel gas supplied from the fuel supply regulating valve 4 to the fuel gas supply passage L1 and the fuel gas circulation passage L2, the state of replacement of the residual gas in the fuel gas circulation passage L2 with fuel gas is accurately determined. Can be determined. Therefore, according to this fuel cell system, when starting up the fuel cell stack 1, it is possible to suppress the discharge of fuel gas more than necessary to improve fuel efficiency, and to replace the residual gas with the fuel gas. Deterioration of the performance of the fuel cell stack 1 due to shortage can be prevented.
【００５６】「第２始動制御処理（図４、図５）」第２
始動制御処理では、上記式１より、燃料供給調整弁４と
起動時用燃料ガス排出弁６との開口面積が同等である場
合には、残留ガス（空気）のガス密度が燃料ガス（水
素）のガス密度よりも約１４倍高く、残留ガス排出時と
燃料ガス排出時とで起動時用燃料ガス排出弁６上流圧力
が変化することを利用する。"Second start control process (FIGS. 4 and 5)"
In the start control process, when the opening area of the fuel supply regulating valve 4 and the opening area of the fuel gas discharge valve 6 for start-up are equal, the gas density of the residual gas (air) becomes equal to the fuel gas (hydrogen) according to the above equation 1. This is based on the fact that the pressure at the upstream of the fuel gas discharge valve 6 for start-up changes between when the residual gas is discharged and when the fuel gas is discharged.
【００５７】すなわち、図４に示すように、制御部２１
は、時刻ｔ０以降から、燃料供給調整弁４の開度を一定
にした状態で燃料ガスを燃料ガス供給流路Ｌ１及び燃料
ガス循環流路Ｌ２に供給開始する。すると、燃料ガス供
給流路Ｌ１及び燃料ガス循環流路Ｌ２に残留していた残
留ガスが起動時用燃料ガス排出弁６から排出され、起動
時用燃料ガス排出弁６上流圧力が高い状態となる。That is, as shown in FIG.
Starts the supply of the fuel gas from the time t0 to the fuel gas supply flow path L1 and the fuel gas circulation flow path L2 with the opening of the fuel supply adjustment valve 4 kept constant. Then, the residual gas remaining in the fuel gas supply passage L1 and the fuel gas circulation passage L2 is discharged from the start-up fuel gas discharge valve 6, and the upstream pressure of the start-up fuel gas discharge valve 6 becomes high. .
【００５８】これは、上記式１の関係より、燃料供給調
整弁４と起動時用燃料ガス排出弁６との開口面積を一定
にした場合、残留ガスの密度が燃料ガスの密度よりも大
きいために、燃料ガスと比較して残留ガスが起動時用燃
料ガス排出弁６に流れにくいことによる。This is because the density of the residual gas is larger than the density of the fuel gas when the opening area between the fuel supply regulating valve 4 and the fuel gas discharge valve 6 for startup is constant from the relationship of the above equation (1). In addition, the residual gas is less likely to flow to the starting fuel gas discharge valve 6 than the fuel gas.
【００５９】そして、起動時用燃料ガス排出弁６からの
燃料ガス排出が時刻ｔ１１以降から始まると、起動時用
燃料ガス排出弁６上流圧力が次第に低くなり、時刻ｔ１
２以降で設定値Ｐα以下となる。When the fuel gas discharge from the start-up fuel gas discharge valve 6 starts after time t11, the upstream pressure of the start-up fuel gas discharge valve 6 gradually decreases, and at time t1.
It becomes equal to or less than the set value Pα after 2.
【００６０】これは、上記式１の関係より、燃料供給調
整弁４と起動時用燃料ガス排出弁６との開口面積を一定
にした場合、燃料ガスの密度が残留ガスの密度よりも小
さいために、残留ガスと比較して燃料ガスが起動時用燃
料ガス排出弁６に流れやすくなることによる。This is because the density of the fuel gas is smaller than the density of the residual gas when the opening area between the fuel supply regulating valve 4 and the fuel gas discharge valve 6 for start-up is made constant from the relationship of the above equation (1). In addition, the fuel gas is more likely to flow to the starting fuel gas discharge valve 6 than the residual gas.
【００６１】これに応じて、制御部２１は、燃料ガスの
みが起動時用燃料ガス排出弁６から排出されており、燃
料ガス供給流路Ｌ１及び燃料ガス循環流路Ｌ２内の残留
ガスから燃料ガスへの置換が完了したとする。In response to this, the control unit 21 determines that only the fuel gas has been discharged from the fuel gas discharge valve 6 at the time of starting, and the fuel is supplied from the residual gas in the fuel gas supply passage L1 and the fuel gas circulation passage L2. It is assumed that replacement with gas has been completed.
【００６２】図５に、このような第２始動制御処理を行
うときの制御部２１の処理手順を示す。FIG. 5 shows a processing procedure of the control unit 21 when performing such a second start control processing.
【００６３】先ず、制御部２１は、燃料電池スタック１
を起動する旨の命令を入力することに応じて、ステップ
Ｓ１１以降の処理を開始する。First, the controller 21 controls the fuel cell stack 1
In response to input of an instruction to start the process, the processing after step S11 is started.
【００６４】ステップＳ１１において、制御部２１は、
燃料電池スタック１を始動するために、先ず、起動時用
燃料ガス排出弁６を開状態にする制御信号を第２アクチ
ュエータ１０に出力する。これに応じて、第２アクチュ
エータ１０は起動時用燃料ガス排出弁６を開状態に駆動
する。In step S11, the control section 21
In order to start the fuel cell stack 1, first, a control signal for opening the startup fuel gas discharge valve 6 is output to the second actuator 10. In response, the second actuator 10 drives the startup fuel gas discharge valve 6 to the open state.
【００６５】次のステップＳ２において、制御部２１
は、燃料供給調整弁４を初期設定開度Ｖｒまで開く制御
信号を第１アクチュエータ９に出力する。これに応じ
て、第１アクチュエータ９は燃料供給調整弁４の開度Ｖ
を初期設定開度Ｖｒまで開くように駆動する。In the next step S2, the control unit 21
Outputs a control signal to the first actuator 9 to open the fuel supply adjusting valve 4 to the initially set opening Vr. In response to this, the first actuator 9 sets the opening V
Is driven to open to the initially set opening degree Vr.
【００６６】ステップＳ１２が終了した時点では、燃料
貯蔵用タンク２からの燃料ガスが燃料ガス供給流路Ｌ１
及び燃料ガス循環流路Ｌ２内に供給され、燃料ガス供給
前に燃料ガス供給流路Ｌ１及び燃料ガス循環流路Ｌ２に
蓄積された残留ガスが起動時用燃料ガス排出弁６から排
出されている状態となる。したがって、図４に示したよ
うに、起動時用燃料ガス排出弁６上流圧力値は高い状態
となる。When step S12 is completed, the fuel gas from the fuel storage tank 2 is supplied to the fuel gas supply passage L1.
The residual gas supplied into the fuel gas circulation flow path L2 and accumulated in the fuel gas supply flow path L1 and the fuel gas circulation flow path L2 before the fuel gas supply is discharged from the start-up fuel gas discharge valve 6. State. Therefore, as shown in FIG. 4, the pressure value at the time of startup of the fuel gas discharge valve 6 for startup is in a high state.
【００６７】次のステップＳ１３において、制御部２１
は、圧力センサ７からのセンサ信号を入力し、センサ信
号から燃料ガス循環流路Ｌ２内の現在の燃料ガス圧力値
Ｐｒを得る。In the next step S13, the control unit 21
Receives the sensor signal from the pressure sensor 7 and obtains the current fuel gas pressure value Pr in the fuel gas circulation channel L2 from the sensor signal.
【００６８】次のステップＳ１４において、制御部２１
は、ステップＳ１３において検出した燃料ガス圧力値Ｐ
ｒと、予め内部メモリに記憶しておいた圧力目標値Ｐα
との比較をし、燃料ガス圧力値Ｐｒが圧力目標値Ｐαよ
りも小さいか否かの判定をする。制御部２１は、燃料ガ
ス圧力値Ｐｒが圧力目標値Ｐαよりも小さいときにはス
テップＳ１３に処理を戻し、小さくないときにはステッ
プＳ１５に処理を進める。In the next step S14, the control unit 21
Is the fuel gas pressure value P detected in step S13.
r and a pressure target value Pα stored in the internal memory in advance.
To determine whether the fuel gas pressure value Pr is smaller than the target pressure value Pα. Control unit 21 returns the process to step S13 when fuel gas pressure value Pr is smaller than pressure target value Pa, and advances the process to step S15 when it is not smaller.
【００６９】ステップＳ１５において、制御部２１は、
起動時用燃料ガス排出弁６を閉じる制御信号を第２アク
チュエータ１０に出力し、第２アクチュエータ１０によ
り起動時用燃料ガス排出弁６を閉じるように駆動させ
て、処理を終了する。In step S15, the control unit 21
A control signal for closing the start-up fuel gas discharge valve 6 is output to the second actuator 10, and the second actuator 10 is driven to close the start-up fuel gas discharge valve 6, and the process ends.
【００７０】このような処理を行う制御部２１を備えた
燃料電池システムによれば、燃料ガス循環流路Ｌ２内の
燃料ガスへの置換状況を的確に判断することができる。
したがって、この燃料電池システムによれば、燃料電池
スタック１の始動開始時に、必要以上の燃料ガスを排出
することを抑制して燃費の向上を図ることができると共
に、燃料ガスへの置換不足による燃料電池スタック１の
性能劣化を防止することができる。According to the fuel cell system provided with the control unit 21 for performing such processing, it is possible to accurately determine the state of replacement with the fuel gas in the fuel gas circulation passage L2.
Therefore, according to this fuel cell system, when starting up the fuel cell stack 1, it is possible to suppress emission of fuel gas more than necessary to improve fuel efficiency, and to improve fuel efficiency due to insufficient replacement with fuel gas. The performance degradation of the battery stack 1 can be prevented.
【００７１】また、この燃料電池システムによれば、上
述の第１始動制御処理とは異なり燃料供給調整弁４の開
度を制御する必要がないので、第１始動制御処理と比較
して制御内容を簡略化することができる。Further, according to this fuel cell system, unlike the above-described first start control process, there is no need to control the opening of the fuel supply adjusting valve 4, so that the control contents are compared with the first start control process. Can be simplified.
【００７２】「第３始動制御処理（図６、図７）」この
第３始動制御処理を行う燃料電池システムは、燃料電池
スタック１の電圧を検出する電圧センサ（図示せず）、
燃料電池スタック１の温度を検出する温度センサ（図示
せず）を更に備え、電圧センサ及び温度センサで検出さ
れたセンサ信号に従った処理を制御部２１により行う。[Third Start Control Process (FIGS. 6 and 7)] The fuel cell system which performs the third start control process includes a voltage sensor (not shown) for detecting the voltage of the fuel cell stack 1;
A temperature sensor (not shown) for detecting the temperature of the fuel cell stack 1 is further provided, and the control unit 21 performs processing according to sensor signals detected by the voltage sensor and the temperature sensor.
【００７３】図６に、このような第３始動制御処理を行
うときの制御部２１の処理手順を示す。FIG. 6 shows a processing procedure of the control unit 21 when performing such a third start control processing.
【００７４】第３始動制御処理において、制御部２１
は、先ず、ステップＳ２１において、上述の第１始動制
御処理又は第２始動制御処理を行った後に、燃料ガス供
給流路Ｌ１及び燃料ガス循環流路Ｌ２の燃料ガスへの置
換が終了したか否かの判定をする。制御部２１は、燃料
ガスへの置換が終了したと判定したときにはステップＳ
２２に処理を進める。In the third start control process, the control unit 21
First, in step S21, after performing the first start control process or the second start control process described above, it is determined whether or not the replacement of the fuel gas supply passage L1 and the fuel gas circulation passage L2 with the fuel gas has been completed. Is determined. When the controller 21 determines that the replacement with the fuel gas has been completed, the controller 21 proceeds to step S
The process proceeds to 22.
【００７５】ステップＳ２２において、制御部２１は、
電圧センサからのセンサ信号を入力して現在の燃料電池
スタック１の電圧Ｖｒを認識すると共に、ステップＳ２
３において、温度センサからのセンサ信号を入力して現
在の燃料電池スタック１の温度Ｔｅを認識する。In step S22, the control section 21
Inputting the sensor signal from the voltage sensor, the current voltage Vr of the fuel cell stack 1 is recognized, and step S2 is performed.
At 3, the sensor signal from the temperature sensor is input to recognize the current temperature Te of the fuel cell stack 1.
【００７６】次のステップＳ２４において、制御部２１
は、図７に示すステップＳ２３で検出した燃料電池スタ
ック１の温度Ｔｅに応じた補正値ｋを読み出し、読み出
した補正値ｋとステップＳ２２で検出した燃料電池スタ
ック１の電圧Ｖｒとを乗算した補正電圧値ｋ・Ｖｒを算
出する。そして、制御部２１は、補正電圧値ｋ・Ｖｒ
と、燃料ガス圧力に基づいた燃料電池スタック１の電圧
を示す圧力電圧値Ｖｔとの比較をする。制御部２１は、
補正電圧値ｋ・Ｖｒが圧力電圧値Ｖｔより大きいときに
は、燃料電池スタック１内の水詰まり等による燃料電池
スタック１不良はないと判定して処理を終了し、大きく
ないときにはステップＳ２５に処理を進める。In the next step S24, the control unit 21
Reads a correction value k corresponding to the temperature Te of the fuel cell stack 1 detected in step S23 shown in FIG. 7, and multiplies the read correction value k by the voltage Vr of the fuel cell stack 1 detected in step S22. Calculate the voltage value k · Vr. Then, the control unit 21 calculates the correction voltage value k · Vr
And a pressure voltage value Vt indicating the voltage of the fuel cell stack 1 based on the fuel gas pressure. The control unit 21
If the corrected voltage value k · Vr is larger than the pressure voltage value Vt, it is determined that there is no defect in the fuel cell stack 1 due to water clogging in the fuel cell stack 1 and the process is terminated. If not, the process proceeds to step S25. .
【００７７】ここで、制御部２１は、予め図７に示す燃
料電池スタック１の温度Ｔｅと補正値ｋとの関係を示す
テーブルを内部メモリに格納しており、ステップＳ２４
の処理を行うに際してテーブルの読み出しを行って、補
正値ｋを取得する。Here, the control unit 21 previously stores in the internal memory a table showing the relationship between the temperature Te of the fuel cell stack 1 and the correction value k shown in FIG.
When performing the above processing, the table is read to obtain the correction value k.
【００７８】この補正値ｋは、燃料電池スタック１の温
度Ｔｅにおいて正常反応している燃料電池スタック１が
出力すべき電圧値に、燃料電池スタック１の電圧Ｖｒを
変換する値が設定されている。As the correction value k, a value for converting the voltage Vr of the fuel cell stack 1 to a voltage value to be output by the fuel cell stack 1 which normally reacts at the temperature Te of the fuel cell stack 1 is set. .
【００７９】ステップＳ２５において、制御部２１は、
ステップＳ２１で燃料ガス供給流路Ｌ１及び燃料ガス循
環流路Ｌ２の燃料ガスへの置換が終了したにも拘わら
ず、燃料電池スタック１の電圧Ｖｒが所定値まであがら
ないと判定して、燃料電池スタック１不良と診断する。
そして、制御部２１は、燃料電池スタック１を停止する
処理や、燃料電池スタック１不良が発生していることを
利用者に通知、警告する処理などをする。In step S25, the control section 21
In step S21, it is determined that the voltage Vr of the fuel cell stack 1 does not rise to a predetermined value despite the replacement of the fuel gas supply flow path L1 and the fuel gas circulation flow path L2 with the fuel gas. Diagnose stack 1 failure.
Then, the control unit 21 performs a process of stopping the fuel cell stack 1 and a process of notifying and warning a user that a failure of the fuel cell stack 1 has occurred.
【００８０】このような第３始動制御処理を行う燃料電
池システムによれば、燃料電池スタック１内の水詰まり
等による燃料電池スタック１不良などの燃料電池スタッ
ク１状態を始動制御時に検出することができる。According to the fuel cell system that performs the third start control process, it is possible to detect the state of the fuel cell stack 1 such as a failure of the fuel cell stack 1 due to water clogging in the fuel cell stack 1 at the time of start control. it can.
【００８１】［燃料電池システムの他の構成（図８）］
図８に、燃料電池システムの他の構成を示す。この燃料
電池システムは、図１のような燃料ガス循環流路Ｌ２を
有せず、燃料電池スタック１から排出された燃料ガスを
改質器３１により改質して外部に排出する構成となって
いる。[Other Configuration of Fuel Cell System (FIG. 8)]
FIG. 8 shows another configuration of the fuel cell system. This fuel cell system does not have the fuel gas circulation channel L2 as shown in FIG. 1, and has a configuration in which the fuel gas discharged from the fuel cell stack 1 is reformed by the reformer 31 and discharged to the outside. I have.
【００８２】このような燃料電池システムにおいては、
圧力センサ７を、燃料電池スタック１の燃料ガス排出口
近傍であって、起動時用燃料ガス排出弁６の燃料ガス上
流側に設けることが望ましい。In such a fuel cell system,
It is desirable that the pressure sensor 7 be provided near the fuel gas outlet of the fuel cell stack 1 and on the fuel gas upstream side of the fuel gas discharge valve 6 for startup.
【００８３】このような燃料電池システムによれば、上
述したように第１始動制御処理及び第２始動制御処理を
行うことができると共に、改質器３１を設けた構成に対
応することができる。According to such a fuel cell system, it is possible to perform the first start control process and the second start control process as described above, and to cope with the configuration in which the reformer 31 is provided.
【００８４】また、この燃料電池システムによれば、燃
料電池スタック１の燃料ガス排出口近傍に圧力センサ７
が設けられているので、正確に燃料電池スタック１内の
圧力を検出することができる。Further, according to this fuel cell system, the pressure sensor 7 is provided near the fuel gas outlet of the fuel cell stack 1.
Is provided, the pressure in the fuel cell stack 1 can be accurately detected.
【００８５】なお、上述の実施の形態は本発明の一例で
ある。このため、本発明は、上述の実施形態に限定され
ることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明
に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に
応じて種々の変更が可能であることは勿論である。The above embodiment is an example of the present invention. For this reason, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and other than the present embodiment, various modifications may be made according to the design and the like within a range not departing from the technical idea according to the present invention. Can be changed.
【００８６】すなわち、上述の燃料電池システムでは、
制御部２１により第１始動制御処理及び第２始動制御処
理の双方を行うように構成してもよく、第１又は第２始
動制御処理の後に第３始動制御処理を行ってもよい。That is, in the above-described fuel cell system,
The control unit 21 may be configured to perform both the first start control process and the second start control process, or the third start control process may be performed after the first or second start control process.
【００８７】また、上述の図８に示した燃料電池システ
ムにより第１又は第２制御処理、並びに第３始動制御処
理を行うことができるのは勿論である。Further, it goes without saying that the first or second control processing and the third start control processing can be performed by the fuel cell system shown in FIG.
【図１】本発明を適用した燃料電池システムの構成を示
すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system to which the present invention is applied.
【図２】本発明を適用した燃料電池システムにおいて、
圧力センサで検出する燃料ガス圧力を一定にした場合に
おける燃料供給調整弁の開度の変化を示す図である。FIG. 2 shows a fuel cell system to which the present invention is applied.
FIG. 7 is a diagram illustrating a change in the opening degree of a fuel supply adjustment valve when the fuel gas pressure detected by a pressure sensor is kept constant.
【図３】本発明を適用した燃料電池システムにおいて、
第１始動制御処理を行うときの制御部の処理手順を示す
フローチャートである。FIG. 3 shows a fuel cell system to which the present invention is applied.
5 is a flowchart illustrating a processing procedure of a control unit when performing a first start control process.
【図４】本発明を適用した燃料電池システムにおいて、
燃料供給調整弁の開度を一定にした場合における圧力セ
ンサで検出する燃料ガス圧力の変化を示す図である。FIG. 4 shows a fuel cell system to which the present invention is applied.
FIG. 5 is a diagram showing a change in fuel gas pressure detected by a pressure sensor when an opening of a fuel supply adjustment valve is fixed.
【図５】本発明を適用した燃料電池システムにおいて、
第２始動制御処理を行うときの制御部の処理手順を示す
フローチャートである。FIG. 5 shows a fuel cell system to which the present invention is applied.
It is a flow chart which shows a processing procedure of a control part when performing the 2nd starting control processing.
【図６】本発明を適用した燃料電池システムにおいて、
第３始動制御処理を行うときの制御部の処理手順を示す
フローチャートである。FIG. 6 shows a fuel cell system to which the present invention is applied.
It is a flow chart which shows a processing procedure of a control part when performing the 3rd starting control processing.
【図７】第３始動制御処理における、燃料電池スタック
の温度と、燃料電池スタックの電圧を補正する補正値と
の関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a temperature of the fuel cell stack and a correction value for correcting a voltage of the fuel cell stack in a third start control process.
【図８】本発明を適用した燃料電池システムの他の構成
を示すブロック図である。FIG. 8 is a block diagram showing another configuration of the fuel cell system to which the present invention is applied.
【符号の説明】 １ 燃料電池スタック ２ 燃料貯蔵用タンク ３ レギュレータ ４ 燃料供給調整弁 ５ エゼクタポンプ ６ 起動時用燃料ガス排出弁 ７ 圧力センサ ８ パージ弁 ９ 第１アクチュエータ １０ 第２アクチュエータ １１ 第３アクチュエータ ２１ 制御部 ３１ 改質器DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell stack 2 Fuel storage tank 3 Regulator 4 Fuel supply adjustment valve 5 Ejector pump 6 Fuel gas discharge valve for starting 7 Pressure sensor 8 Purge valve 9 First actuator 10 Second actuator 11 Third actuator 21 control unit 31 reformer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CX05 5H027 AA06 BA19 KK05 KK25 KK26 KK54 MM08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5H026 AA06 CX05 5H027 AA06 BA19 KK05 KK25 KK26 KK54 MM08
Claims (6)
んで構成され、上記酸化剤極側に酸化剤ガスが供給され
ると共に、上記燃料極側に燃料ガスが供給されて発電す
る燃料電池と、 上記燃料電池の燃料極に燃料ガスを燃料ガス供給流路を
介して供給する燃料ガス供給手段と、 上記燃料電池から排出された燃料ガスを燃料ガス排出流
路を介して外気へ排出する燃料ガス排出手段と、 上記燃料電池内の燃料ガス圧力を検出する圧力検出手段
と、 上記燃料電池を始動開始するに際して、 上記燃料ガス排出手段を開状態にし、上記圧力検出手段
で検出された上記燃料電池内の燃料ガス圧力に基づいて
上記燃料電池内の燃料ガス圧力を一定とするように上記
燃料ガス供給手段の上記燃料電池への燃料ガス供給量を
調整する制御をし、上記燃料ガス供給手段の燃料ガス供
給量に基づいて上記燃料ガス排出手段を閉状態にする第
１判定処理、 又は上記燃料ガス排出手段を開状態にし、上記燃料電池
への燃料ガス供給量を一定にするように上記燃料ガス供
給手段を制御し、上記圧力検出手段で検出された上記燃
料電池内の燃料ガス圧力に基づいて上記燃料ガス排出手
段を閉状態にする第２判定処理をする始動制御手段とを
備えることを特徴とする燃料電池システム。1. A fuel which comprises an electrolyte membrane sandwiched between an oxidant electrode and a fuel electrode, wherein an oxidant gas is supplied to the oxidant electrode side and a fuel gas is supplied to the fuel electrode side to generate power. A battery, fuel gas supply means for supplying a fuel gas to a fuel electrode of the fuel cell via a fuel gas supply flow path, and discharging the fuel gas discharged from the fuel cell to the outside air via a fuel gas discharge flow path Fuel gas discharging means, pressure detecting means for detecting a fuel gas pressure in the fuel cell, and when starting the fuel cell, the fuel gas discharging means is opened and detected by the pressure detecting means. The fuel gas supply means controls the fuel gas supply amount to the fuel cell so as to keep the fuel gas pressure in the fuel cell constant based on the fuel gas pressure in the fuel cell. Offering A first determination process for closing the fuel gas discharge means based on the fuel gas supply amount of the means, or setting the fuel gas discharge means to an open state so that the fuel gas supply amount to the fuel cell is constant. Starting control means for controlling the fuel gas supply means and performing second determination processing for closing the fuel gas discharge means based on the fuel gas pressure in the fuel cell detected by the pressure detection means. A fuel cell system, characterized in that:
において、上記燃料ガス供給手段の燃料ガス供給量が所
定量以上になったことに応じて上記燃料ガス排出手段の
燃料ガス排出量を制御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。2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the start control unit determines the fuel gas discharge amount of the fuel gas discharge unit in the first determination process in response to the fuel gas supply amount of the fuel gas supply unit being equal to or more than a predetermined amount. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control is performed.
において、上記圧力検出手段で検出された上記燃料電池
内の燃料ガス圧力が所定値以下になったことに応じて上
記燃料ガス排出手段の燃料ガス排出量を制御することを
特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。3. The fuel gas discharging means according to claim 2, wherein said starting control means is responsive to a fuel gas pressure in said fuel cell detected by said pressure detecting means falling below a predetermined value in said second determination processing. 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the amount of discharged fuel gas is controlled.
の燃料ガス排出口から排出された燃料ガスを上記燃料電
池の燃料ガス供給口に循環する燃料ガス循環流路上に設
けられることを特徴とする請求項１乃至３記載の燃料電
池システム。4. The fuel gas discharge means is provided on a fuel gas circulation channel that circulates fuel gas discharged from a fuel gas discharge port of the fuel cell to a fuel gas supply port of the fuel cell. The fuel cell system according to claim 1, wherein:
の燃料ガス排出口から排出された燃料ガスを外部に排出
する燃料ガス排出流路であって上記燃料ガス排出口近傍
に設けられることを特徴とする請求項１乃至３記載の燃
料電池システム。5. The fuel gas discharge means is a fuel gas discharge passage for discharging fuel gas discharged from a fuel gas discharge port of the fuel cell to the outside, and is provided near the fuel gas discharge port. The fuel cell system according to claim 1, wherein:
手段を更に備え、 上記燃料ガス排出手段を閉状態にした後に、上記電圧検
出手段で検出された上記燃料電池の電圧に基づいて上記
燃料電池の状態を検出することを特徴とする請求項１乃
至５の何れか一に記載の燃料電池システム。6. The fuel cell system according to claim 1, further comprising voltage detecting means for detecting a voltage of the fuel cell, after closing the fuel gas discharging means, based on the voltage of the fuel cell detected by the voltage detecting means. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, wherein a state of the battery is detected.
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