JP2005050639A

JP2005050639A - Fuel cell system

Info

Publication number: JP2005050639A
Application number: JP2003280886A
Authority: JP
Inventors: Kenji Yonekura; 健二米倉
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2005-02-24

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of surely and quickly collecting necessary quantity of water by flexibly corresponding to an operating condition even when the operation condition is restricted. SOLUTION: The fuel cell system starts the water collection operation by condensing the water in a fuel cell stack 1 and collecting it in a water tank 5 by changing operation pressure and/or operation temperature of the fuel system depending on the quantity of the water in the water tank 5 storing the water to be supplied to the fuel cell. On the fuel cell system, the operation pressure and/or the operation temperature of the fuel cell system in the water collection operation is decided so as to minimize transit time from a normal operation to the water collection operation. COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えば燃料電池車両に搭載可能な燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system that can be mounted on, for example, a fuel cell vehicle.

燃料電池を用いた燃料電池システムとしては、燃料電池の上流に設けられた圧力センサによって検知された空気及び燃料ガスの圧力に基づいて、コンデンサの下流に設けられた圧力調整弁の開度を調整し、燃料電池の運転圧力を制御するものが知られている。この種の燃料電池システムにおいては、コンデンサによる水の回収が、システム制御装置による運転状態に依存するように構成されている。したがって、この種の燃料電池システムにおいては、システム制御装置による運転状態によっては、コンデンサから水タンクに回収される水量が低下して水が枯渇する事態が想定される。 As a fuel cell system using a fuel cell, the opening of a pressure regulating valve provided downstream of the capacitor is adjusted based on the pressure of air and fuel gas detected by a pressure sensor provided upstream of the fuel cell. And what controls the operating pressure of a fuel cell is known. This type of fuel cell system is configured such that the recovery of water by the capacitor depends on the operating state by the system control device. Therefore, in this type of fuel cell system, depending on the operating state of the system control device, it is assumed that the amount of water recovered from the condenser to the water tank decreases and water is depleted.

そこで、このような問題に対応するために、燃料電池システムの運転圧力を制御し、燃料電池システムの運転圧力を平衡運転圧力以上になるように制御する技術が、例えば、下記の特許文献１にて提案されている。 Therefore, in order to cope with such problems, a technique for controlling the operating pressure of the fuel cell system and controlling the operating pressure of the fuel cell system to be equal to or higher than the equilibrium operating pressure is disclosed in, for example, Patent Document 1 below. Has been proposed.

この特許文献１には、水タンクからの水を用いて燃料を改質する改質器と、改質器からの改質ガスと空気を用いて発電する燃料電池と、燃料電池からの排気から水を回収するコンデンサと、コンデンサからの排気に含まれる改質ガスを燃焼して燃焼熱を改質器との間で熱交換する燃焼器とを備え、コンデンサからの回収水を水タンクに戻して再利用する燃料電池システムが開示されている。 This patent document 1 discloses a reformer that reforms fuel using water from a water tank, a fuel cell that generates power using reformed gas and air from the reformer, and exhaust gas from the fuel cell. A condenser that collects water and a combustor that burns the reformed gas contained in the exhaust gas from the condenser and exchanges heat between the combustion heat and the reformer are provided, and the recovered water from the condenser is returned to the water tank. A fuel cell system to be reused is disclosed.

特に、この燃料電池システムにおいては、コンデンサから排出される排気の温度を温度センサによって検出し、コンデンサから排出される排気温度に応じて、水の収支が平衡する平衡運転圧力を算出しておく。一方、この燃料電池システムにおいては、システムの運転負荷に応じて、運転効率を最大にする最大効率運転圧力を算出しておく。 In particular, in this fuel cell system, the temperature of the exhaust gas discharged from the capacitor is detected by a temperature sensor, and an equilibrium operating pressure at which the water balance is balanced is calculated according to the exhaust gas temperature discharged from the capacitor. On the other hand, in this fuel cell system, the maximum efficiency operating pressure that maximizes the operating efficiency is calculated according to the operating load of the system.

そして、この燃料電池システムにおいては、これら算出された平衡運転圧力と最大効率運転圧力とのうち、いずれか高い圧力になるように、当該燃料電池システムの運転圧力を制御している。
特開２００１−２３６７８号公報 In this fuel cell system, the operating pressure of the fuel cell system is controlled so that either of the calculated equilibrium operating pressure and maximum efficiency operating pressure is higher.
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-23678

ところで、上述した特許文献１に記載された燃料電池システムにおいては、燃料電池スタックにおける空気極（カソード）から排出されるガスの圧力を制御することにより、水収支の平衡を行う構成になっているので、燃料電池スタックに供給する各流体の圧力に制限がある場合や、各流体間の差圧管理制御を行う必要がある場合には、燃料電池スタックの運転条件等によっては、空気極からの排出ガスの圧力制御手段によって水回収に必要な空気極からの排出ガスの圧力を実現することが不可能となるおそれがあった。 By the way, in the fuel cell system described in Patent Document 1 described above, the water balance is balanced by controlling the pressure of the gas discharged from the air electrode (cathode) in the fuel cell stack. Therefore, when there is a limit on the pressure of each fluid supplied to the fuel cell stack, or when it is necessary to perform differential pressure management control between each fluid, depending on the operating conditions of the fuel cell stack, the pressure from the air electrode The exhaust gas pressure control means may make it impossible to achieve the pressure of the exhaust gas from the air electrode necessary for water recovery.

また、この燃料電池システムにおいては、水の減少速度に対して水の回収速度が十分な速さでない場合には、水タンクに速やかな水の貯留ができず、水が枯渇するおそれがあった。 Further, in this fuel cell system, when the water recovery rate is not sufficiently high with respect to the water decrease rate, the water tank could not be quickly stored and the water could be depleted. .

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、圧力制御に関して運転条件に制約がある場合であっても、運転条件に柔軟に対応して必要量の水を確実且つ迅速に回収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 even when there is a restriction on the operation condition regarding pressure control, the required amount of water can be reliably and quickly responded flexibly to the operation condition. A fuel cell system that can be recovered is provided.

本発明では、燃料電池スタックに供給する水を貯留する水貯留手段の水量に基づいて、燃料電池システムの運転圧力又は運転温度を変化させ、燃料電池内の水を凝縮させて水貯留手段へ回収する水回収運転を開始する。そして、本発明では、通常運転から水回収運転へと遷移するまでの経過時間が最小となるような水回収運転における燃料電池システムの運転圧力又は運転温度を決定することで、上述の課題を解決する。 In the present invention, the operating pressure or operating temperature of the fuel cell system is changed based on the amount of water stored in the water storage means for storing the water supplied to the fuel cell stack, and the water in the fuel cell is condensed and recovered to the water storage means. Start water recovery operation. In the present invention, the above-described problem is solved by determining the operating pressure or operating temperature of the fuel cell system in the water recovery operation that minimizes the elapsed time until the transition from the normal operation to the water recovery operation. To do.

本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池システムの運転圧力又は運転温度を変化させて、燃料電池を通過した水を凝縮させた余剰の水を水貯留手段へ回収する水回収運転を行うことにより、燃料電池システムの運転条件としての運転圧力又は運転温度に制約がある場合であっても、運転条件に柔軟に対応した水回収運転を行うことができる。 According to the fuel cell system of the present invention, the water pressure recovery operation is performed in which the operating pressure or the operating temperature of the fuel cell system is changed to recover the excess water condensed from the water that has passed through the fuel cell to the water storage means. As a result, even if there is a restriction on the operating pressure or operating temperature as the operating condition of the fuel cell system, it is possible to perform the water recovery operation flexibly corresponding to the operating condition.

また、本発明に係る燃料電池システムによれば、通常運転から水回収運転へと遷移する過程において、この経過時間が最小となるような水回収運転における運転圧力又は運転温度を算出することにより、燃料電池システムの水回収を最短時間で行うことができるので、水供給不足による燃料電池システムの性能低下の時間的リスクを低減することができるとともに、燃料電池システムの早急な正常回復を実現することができる。 Further, according to the fuel cell system according to the present invention, in the process of transition from the normal operation to the water recovery operation, by calculating the operation pressure or the operation temperature in the water recovery operation that minimizes this elapsed time, Since water recovery of the fuel cell system can be performed in the shortest possible time, it is possible to reduce the time risk of fuel cell system performance degradation due to insufficient water supply, and to achieve rapid normal recovery of the fuel cell system Can do.

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.

この実施の形態は、例えば燃料電池車両に搭載され、負荷として搭載された駆動モータや燃料電池スタックを発電させる補機類等に電力供給することにより、車両走行するための駆動トルクを発生させる燃料電池システムである。 In this embodiment, for example, a fuel that is mounted on a fuel cell vehicle and generates a driving torque for traveling the vehicle by supplying power to a drive motor mounted as a load or an auxiliary machine that generates power from the fuel cell stack. It is a battery system.

［第１実施形態］
まず、第１実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。 [First Embodiment]
First, the fuel cell system according to the first embodiment will be described.

［燃料電池システムの構成］
第１実施形態に係る燃料電池システムは、図１に示すように、当該燃料電池システムの主電源であって、発電反応を発生させるための水素を多量に含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガス（ここでは、空気）とが供給されることによって発電する燃料電池スタック１を備える。この燃料電池スタック１は、固体高分子電解質膜を挟んで、酸化剤ガスが供給される空気極であるカソード極２と燃料ガスが供給される水素極であるアノード極３とを対設した燃料電池セル構造体をセパレータで挟持し、セル構造体を複数積層することによって構成されている。すなわち、この燃料電池スタック１による発電は、アノード極３にて水素が電子を放出してイオン化し、生成された水素イオン（Ｈ^＋）が高分子電解質膜を通過してカソード極２に到達し、この水素イオンがカソード極２にて酸素と結合して水（Ｈ_２Ｏ）を生成することによって行われる。 [Configuration of fuel cell system]
As shown in FIG. 1, the fuel cell system according to the first embodiment is a main power source of the fuel cell system, and includes a fuel gas containing a large amount of hydrogen for generating a power generation reaction and an oxidant gas containing oxygen. (Here, air) is provided, and the fuel cell stack 1 that generates power is provided. This fuel cell stack 1 is a fuel in which a cathode electrode 2 that is an air electrode to which an oxidant gas is supplied and an anode electrode 3 that is a hydrogen electrode to which a fuel gas is supplied, with a solid polymer electrolyte membrane interposed therebetween. The battery cell structure is sandwiched between separators, and a plurality of cell structures are stacked. That is, in the power generation by the fuel cell stack 1, hydrogen is released and ionized at the anode electrode 3, and the generated hydrogen ions (H ⁺ ) pass through the polymer electrolyte membrane and reach the cathode electrode 2. This hydrogen ion is combined with oxygen at the cathode electrode 2 to produce water (H ₂ O).

また、燃料電池システムは、各部の動作を制御して燃料電池スタック１の発電反応を制御する制御手段であるシステム制御装置４を備える。このシステム制御装置４は、例えば図示しないＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶部に、燃料電池システムを起動して負荷装置に対して電力供給を行う一連の処理手順を記述した燃料電池制御プログラムを格納し、各種センサからの信号を読み込み、当該燃料電池制御プログラムを図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）等によって実行して各部へと指令を送ることにより、各部を制御する。 The fuel cell system also includes a system control device 4 that is a control means for controlling the power generation reaction of the fuel cell stack 1 by controlling the operation of each part. The system control device 4 stores a fuel cell control program describing a series of processing procedures for starting up the fuel cell system and supplying power to the load device in a storage unit such as a ROM (Read Only Memory) (not shown). Each unit is controlled by storing, reading signals from various sensors, executing the fuel cell control program by a CPU (Central Processing Unit) (not shown) and the like and sending commands to the respective units.

さらに、燃料電池システムは、酸化剤ガスとしての空気を燃料電池スタック１に供給する空気供給系を備える。この空気供給系は、コンプレッサ１１、アフタークーラー１２及び加湿装置１３が、空気を燃料電池スタック１に供給するための空気供給配管１４によって接続されて構成されている。 Further, the fuel cell system includes an air supply system that supplies air as an oxidant gas to the fuel cell stack 1. This air supply system is configured by connecting a compressor 11, an after cooler 12, and a humidifier 13 by an air supply pipe 14 for supplying air to the fuel cell stack 1.

コンプレッサ１１は、システム制御装置４によって駆動量が制御される図示しないコンプレッサモータによって駆動され、外部から空気を吸い込み、圧縮して吐出する。このコンプレッサ１１から吐出された空気は、空気供給配管１４を介してアフタークーラー１２に供給される。 The compressor 11 is driven by a compressor motor (not shown) whose driving amount is controlled by the system control device 4, and sucks air from outside, compresses it, and discharges it. The air discharged from the compressor 11 is supplied to the after cooler 12 via the air supply pipe 14.

アフタークーラー１２は、空気供給配管１４におけるコンプレッサ１１の下流に設けられ、後述する冷却媒体としての水を用いて、当該コンプレッサ１１から吐出された空気を燃料電池スタック１における発電反応に必要な温度まで冷却する。このアフタークーラー１２によって冷却された空気は、空気供給配管１４を介して加湿装置１３に供給される。 The aftercooler 12 is provided downstream of the compressor 11 in the air supply pipe 14 and uses water as a cooling medium, which will be described later, to reduce the air discharged from the compressor 11 to a temperature necessary for a power generation reaction in the fuel cell stack 1. Cooling. The air cooled by the aftercooler 12 is supplied to the humidifier 13 through the air supply pipe 14.

加湿装置１３は、空気供給配管１４におけるアフタークーラー１２の下流に設けられ、当該アフタークーラー１２を通過した空気を加湿し、燃料電池スタック１におけるカソード極２に供給する。また、加湿装置１３は、燃料電池スタック１におけるカソード極２から排出されたガスであって燃料電池スタック１において一部の酸素が消費され且つ発電によって生成した水分を含有するカソードオフガスを加湿し、後述するカソードオフガス排出配管３１を介して燃焼器３７に供給する。 The humidifier 13 is provided downstream of the aftercooler 12 in the air supply pipe 14, humidifies the air that has passed through the aftercooler 12, and supplies it to the cathode 2 in the fuel cell stack 1. Further, the humidifier 13 humidifies the cathode off-gas that is gas discharged from the cathode electrode 2 in the fuel cell stack 1 and that includes a portion of oxygen consumed in the fuel cell stack 1 and water generated by power generation. It supplies to the combustor 37 via the cathode offgas discharge piping 31 mentioned later.

なお、空気供給配管１４には、カソード極２の入口付近に、空気供給圧力センサ１５及び空気供給温度センサ１６が設けられている。これら空気供給圧力センサ１５及び空気供給温度センサ１６によって検出された空気圧力及び空気温度を示すセンサ信号は、システム制御装置４に供給される。 The air supply pipe 14 is provided with an air supply pressure sensor 15 and an air supply temperature sensor 16 in the vicinity of the inlet of the cathode electrode 2. Sensor signals indicating the air pressure and the air temperature detected by the air supply pressure sensor 15 and the air supply temperature sensor 16 are supplied to the system control device 4.

さらにまた、燃料電池システムは、燃料ガスとしての水素を燃料電池スタック１に供給する水素供給系として、水素供給装置２１と、当該水素供給装置２１とアノード極３とを接続する水素供給配管２２とを備える。 Furthermore, the fuel cell system is configured as a hydrogen supply system that supplies hydrogen as fuel gas to the fuel cell stack 1, a hydrogen supply device 21, and a hydrogen supply pipe 22 that connects the hydrogen supply device 21 and the anode electrode 3. Is provided.

水素供給装置２１は、例えば高圧水素を貯蔵するタンク等からなり、貯蔵している水素を、水素供給配管２２を介して燃料電池スタック１におけるアノード極３に供給する。 The hydrogen supply device 21 includes, for example, a tank that stores high-pressure hydrogen, and supplies the stored hydrogen to the anode electrode 3 in the fuel cell stack 1 via the hydrogen supply pipe 22.

なお、水素供給配管２２には、３方弁２３が設けられており、後述するアノードオフガス排出配管３３が３方弁２３を介して接続されている。燃料電池システムにおいては、アノードオフガス排出配管３３を介して燃焼器３７に供給されるアノードオフガスの一部を、この３方弁２３を介して水素供給配管２２に供給することにより、当該アノードオフガスを水素供給装置２１から供給される水素と混合した後、再度アノード極３に供給する。 The hydrogen supply pipe 22 is provided with a three-way valve 23, and an anode offgas discharge pipe 33 described later is connected via the three-way valve 23. In the fuel cell system, a part of the anode off gas supplied to the combustor 37 via the anode off gas discharge pipe 33 is supplied to the hydrogen supply pipe 22 via the three-way valve 23, whereby the anode off gas is supplied. After mixing with hydrogen supplied from the hydrogen supply device 21, it is supplied to the anode 3 again.

また、燃料電池システムは、燃料電池スタック１から排出されるオフガスを輸送するオフガス輸送系として、カソード極２から排出されるカソードオフガスを輸送するためのカソードオフガス排出配管３１と、このカソードオフガス排出配管３１における加湿装置１３の下流に設けられる空気圧力調整弁３２とを備える。 The fuel cell system also includes a cathode offgas discharge pipe 31 for transporting the cathode offgas discharged from the cathode electrode 2 as an offgas transport system for transporting the offgas discharged from the fuel cell stack 1, and the cathode offgas discharge pipe. And an air pressure adjusting valve 32 provided downstream of the humidifying device 13.

また、この燃料電池システムは、アノード極３から排出されるアノードオフガスを輸送するアノードオフガス排出配管３３と、このアノードオフガス排出配管３３を介して排出されるアノードオフガスを循環させるアノードオフガス循環装置３４と、このアノードオフガス循環装置３４によって循環されるアノードオフガスを輸送する循環用配管３５と、アノードオフガス排出配管３３におけるアノードオフガス循環装置３４の下流に設けられる水素圧力調整弁３６とを備える。 The fuel cell system also includes an anode offgas discharge pipe 33 that transports the anode offgas discharged from the anode electrode 3, and an anode offgas circulation device 34 that circulates the anode offgas discharged through the anode offgas discharge pipe 33. A circulation pipe 35 for transporting the anode off-gas circulated by the anode off-gas circulation device 34 and a hydrogen pressure adjusting valve 36 provided downstream of the anode off-gas circulation device 34 in the anode off-gas discharge piping 33 are provided.

更に、燃料電池システムは、カソードオフガス排出配管３１を介して排出されるカソードオフガスとアノードオフガス排出配管３３を介して排出されるアノードオフガスとを混合した混合ガスを燃焼する燃焼器３７と、この燃焼器３７によって燃焼された燃焼ガスを排気する燃焼ガス排気配管３８と、燃焼ガスを冷却する冷却媒体用熱交換器３９とを備える。 Further, the fuel cell system includes a combustor 37 that burns a mixed gas obtained by mixing the cathode offgas discharged through the cathode offgas discharge pipe 31 and the anode offgas discharged through the anode offgas discharge pipe 33, and this combustion. A combustion gas exhaust pipe 38 that exhausts the combustion gas burned by the vessel 37 and a cooling medium heat exchanger 39 that cools the combustion gas.

空気圧力調整弁３２は、カソードオフガス排出配管３１における加湿装置１３の下流に設けられ、システム制御装置４の制御に従って図示しないアクチュエータが開閉されることにより、燃料電池スタック１に供給する空気圧力を調整する。 The air pressure adjustment valve 32 is provided downstream of the humidifier 13 in the cathode offgas discharge pipe 31 and adjusts the air pressure supplied to the fuel cell stack 1 by opening and closing an actuator (not shown) according to the control of the system controller 4. To do.

アノードオフガス循環装置３４は、アノードオフガス排出配管３３における燃料電池スタック１の下流に設けられ、通常運転時には、当該燃料電池スタック１による発電に消費されずにアノードオフガス排出配管３３を介して排出されるアノードオフガスを全量循環させる。このアノードオフガス循環装置３４によって循環されたアノードオフガスは、循環用配管３５を介して水素供給配管２２に供給され、水素供給装置２１から供給される水素と混合された後、再度燃料電池スタック１におけるアノード極３に供給される。また、アノードオフガス循環装置３４は、通常運転時以外においては、アノードオフガスを循環させずにアノードオフガス排出配管３３を介して燃焼器３７に供給する。 The anode off-gas circulation device 34 is provided downstream of the fuel cell stack 1 in the anode off-gas discharge pipe 33 and is discharged through the anode off-gas discharge pipe 33 without being consumed by the power generation by the fuel cell stack 1 during normal operation. The entire anode off gas is circulated. The anode off-gas circulated by the anode off-gas circulator 34 is supplied to the hydrogen supply pipe 22 through the circulation pipe 35, mixed with the hydrogen supplied from the hydrogen supply apparatus 21, and then again in the fuel cell stack 1. It is supplied to the anode 3. The anode off gas circulation device 34 supplies the anode off gas to the combustor 37 via the anode off gas discharge pipe 33 without circulating the anode off gas except during normal operation.

水素圧力調整弁３６は、アノードオフガス排出配管３３におけるアノードオフガス循環装置３４の下流に設けられる。この水素圧力調整弁３６は、システム制御装置４の制御に従って図示しないアクチュエータが制御されることにより開閉して、燃料電池スタック１に供給する水素圧力を調整する。 The hydrogen pressure regulating valve 36 is provided downstream of the anode off gas circulation device 34 in the anode off gas discharge pipe 33. The hydrogen pressure adjusting valve 36 is opened and closed by controlling an actuator (not shown) according to the control of the system control device 4 to adjust the hydrogen pressure supplied to the fuel cell stack 1.

燃焼器３７は、加湿装置１３を経由してカソードオフガス排出配管３１を介して排出されるカソードオフガスとアノードオフガス排出配管３３を介してアノードオフガス循環装置３４から断続的に供給されるアノードオフガスとを混合して均一な混合ガスを生成するミキサ４１と、所定の酸化触媒を担持した電気ヒータで構成され当該燃焼器３７を暖機するヒータ４２と、所定の酸化触媒を担持して混合ガスを燃焼させる燃焼触媒担持部４３とから構成される。燃焼器３７は、混合ガスを燃焼し、生成した燃焼ガスを燃焼ガス排気配管３８を介して冷却媒体用熱交換器３９に供給する。 The combustor 37 receives the cathode offgas discharged through the humidifier 13 through the cathode offgas discharge pipe 31 and the anode offgas supplied intermittently from the anode offgas circulation apparatus 34 through the anode offgas discharge pipe 33. A mixer 41 that generates a uniform mixed gas by mixing, a heater 42 that warms up the combustor 37, which is composed of an electric heater carrying a predetermined oxidation catalyst, and a mixed gas that burns a predetermined oxidation catalyst. And a combustion catalyst carrier 43 to be made. The combustor 37 burns the mixed gas and supplies the generated combustion gas to the cooling medium heat exchanger 39 via the combustion gas exhaust pipe 38.

冷却媒体用熱交換器３９は、燃焼ガス排気配管３８における燃焼器３７の下流に設けられる。この冷却媒体用熱交換器３９は、後述する冷却媒体としての水と熱交換することにより、燃焼器３７から排出された高温の燃焼ガスを冷却する。この冷却用熱交換器３９によって冷却された燃焼ガスは、燃焼ガス排気配管３８を介して外部へと排出される。 The cooling medium heat exchanger 39 is provided downstream of the combustor 37 in the combustion gas exhaust pipe 38. The heat exchanger 39 for cooling medium cools the high-temperature combustion gas discharged from the combustor 37 by exchanging heat with water as a cooling medium described later. The combustion gas cooled by the cooling heat exchanger 39 is discharged to the outside through the combustion gas exhaust pipe 38.

なお、カソードオフガス排出配管３１には、カソード極２のガス出口付近に、オフガス圧力検出手段である排出空気圧力センサ４４、オフガス温度検出手段である排出空気温度センサ４５、及び排出空気湿度センサ４６が設けられている。 The cathode offgas discharge pipe 31 has an exhaust air pressure sensor 44 as an offgas pressure detection means, an exhaust air temperature sensor 45 as an offgas temperature detection means, and an exhaust air humidity sensor 46 in the vicinity of the gas outlet of the cathode electrode 2. Is provided.

これら排出空気圧力センサ４４、排出空気温度センサ４５、及び排出空気湿度センサ４６によって検出されたカソードオフガス圧力、カソードオフガス温度、及びカソードオフガス湿度を示すセンサ信号は、システム制御装置４に供給される。そして、システム制御装置４は、上述した空気供給圧力センサ１５によって検出される空気圧力と、排出空気圧力センサ４４によって検出されるカソードオフガス圧力とを監視し、これら各種圧力に基づいて、空気圧力調整弁３２の開度を調整して当該燃料電池システムの運転圧力を制御することになる。 Sensor signals indicating the cathode offgas pressure, the cathode offgas temperature, and the cathode offgas humidity detected by the exhaust air pressure sensor 44, the exhaust air temperature sensor 45, and the exhaust air humidity sensor 46 are supplied to the system control device 4. The system control device 4 monitors the air pressure detected by the air supply pressure sensor 15 and the cathode offgas pressure detected by the exhaust air pressure sensor 44, and adjusts the air pressure based on these various pressures. The operating pressure of the fuel cell system is controlled by adjusting the opening of the valve 32.

さらに、燃料電池システムは、燃料電池スタック１の冷却等を行うために、燃料電池スタック１に冷却媒体としての水を供給するための冷却媒体系を備える。 Further, the fuel cell system includes a cooling medium system for supplying water as a cooling medium to the fuel cell stack 1 in order to cool the fuel cell stack 1 or the like.

具体的には、燃料電池システムは、冷却媒体系として、水タンク５１、保湿用ポンプ５２、冷却用ポンプ５３、ラジエータ５４、ラジエータファン５５を備える。 Specifically, the fuel cell system includes a water tank 51, a moisturizing pump 52, a cooling pump 53, a radiator 54, and a radiator fan 55 as a cooling medium system.

水タンク５１は、燃料電池スタック１に循環させる水を貯留する。この水タンク５１に貯留されている水は、燃料電池スタック１を保湿するために、保湿用ポンプ５２によって吸い上げられ、当該水タンク５１と燃料電池スタック１との間を接続する冷却媒体循環用配管５６を介して燃料電池スタック１に供給され、再度水タンク５１に回収される。また、水タンク５１は、燃料電池スタック１における反応によって生成された水の一部が凝縮水となった余剰水分を回収して貯留する。 The water tank 51 stores water to be circulated through the fuel cell stack 1. The water stored in the water tank 51 is sucked up by the moisturizing pump 52 in order to keep the fuel cell stack 1 moisturized, and the coolant circulation pipe connecting the water tank 51 and the fuel cell stack 1 to each other. It is supplied to the fuel cell stack 1 via 56 and is collected again in the water tank 51. Further, the water tank 51 collects and stores surplus moisture in which part of the water generated by the reaction in the fuel cell stack 1 becomes condensed water.

この水タンク５１には、貯留している水の残量を検出する水量検出手段である水位センサ５７が設けられている。この水位センサ５７によって検出された水位を示すセンサ信号は、システム制御装置４に供給される。 The water tank 51 is provided with a water level sensor 57 which is a water amount detecting means for detecting the remaining amount of stored water. A sensor signal indicating the water level detected by the water level sensor 57 is supplied to the system control device 4.

保湿用ポンプ５２は、冷却媒体循環用配管５６における燃料電池スタック１よりも上流に設けられ、システム制御装置４の制御に従って、図示しないポンプモータが駆動され、燃料電池スタック１の出力等に応じて当該燃料電池スタック１の保温に必要とされる量の水を水タンク５１から吸い上げ、循環させる。 The moisturizing pump 52 is provided upstream of the fuel cell stack 1 in the cooling medium circulation pipe 56, and a pump motor (not shown) is driven under the control of the system control device 4, depending on the output of the fuel cell stack 1 and the like. The amount of water required for keeping the fuel cell stack 1 warm is sucked up from the water tank 51 and circulated.

冷却用ポンプ５３は、図１の一点鎖線で示す冷却水用配管５８における水タンク５１の下流に設けられ、システム制御装置４の制御に従って、図示しないポンプモータによって駆動され、水タンク５１に貯留されている水を冷却水用配管５８を介して循環させる。より具体的には、冷却用ポンプ５３は、発電にともなって発熱している燃料電池スタック１を適切な温度に保つように燃料電池スタック１を冷却するために設けられ、燃料電池スタック１の冷却によって温度が上昇した水を吸い込み、ラジエータ５４に供給する。 The cooling pump 53 is provided downstream of the water tank 51 in the cooling water pipe 58 indicated by a one-dot chain line in FIG. 1, is driven by a pump motor (not shown), and is stored in the water tank 51 according to the control of the system control device 4. The circulating water is circulated through the cooling water pipe 58. More specifically, the cooling pump 53 is provided to cool the fuel cell stack 1 so as to keep the fuel cell stack 1 that generates heat during power generation at an appropriate temperature. Then, the water whose temperature has increased is sucked and supplied to the radiator 54.

ラジエータ５４は、冷却水用配管５８における冷却用ポンプ５３の下流に設けられ、燃料電池スタック１の出力等に応じて冷却用ポンプ５３によって供給された当該燃料電池スタック１の冷却に必要とされる量の水を、内部を通過する外気を用いて冷却する。このラジエータ５４によって冷却された冷却水は、冷却水用配管５８を介して燃料電池スタック１に供給された後、循環されて再度当該ラジエータ５４に戻される。 The radiator 54 is provided downstream of the cooling pump 53 in the cooling water pipe 58 and is required for cooling the fuel cell stack 1 supplied by the cooling pump 53 according to the output of the fuel cell stack 1 and the like. An amount of water is cooled using outside air passing through the interior. The cooling water cooled by the radiator 54 is supplied to the fuel cell stack 1 via the cooling water pipe 58 and then circulated and returned to the radiator 54 again.

ラジエータファン５５は、ラジエータ５４の近傍に設けられ、システム制御装置４の制御に従って駆動し、ラジエータ５４に対して外気を送風する。これにより、燃料電池システムにおいては、例えば車両が移動していない場合等であっても、ラジエータ５４による水の冷却を促進することが可能となる。 The radiator fan 55 is provided in the vicinity of the radiator 54, is driven according to the control of the system control device 4, and blows outside air to the radiator 54. Thereby, in the fuel cell system, for example, even when the vehicle is not moving, the cooling of water by the radiator 54 can be promoted.

なお、冷却水用配管５８には、ラジエータ５４と燃料電池スタック１との間に３方弁５９が設けられている。また、３方弁５９は、コンプレッサ１１から吐出される高温の空気を冷却するためのアフタークーラー１２への分岐路６０が接続されている。これにより、３方弁５９では、ラジエータ５４からの水をアフタークーラー１２に循環させて、再度冷却水用配管５８に戻すことが可能となっている。 The cooling water pipe 58 is provided with a three-way valve 59 between the radiator 54 and the fuel cell stack 1. The three-way valve 59 is connected to a branch path 60 to the aftercooler 12 for cooling the high-temperature air discharged from the compressor 11. Thereby, in the three-way valve 59, it is possible to circulate the water from the radiator 54 to the aftercooler 12 and return it to the cooling water pipe 58 again.

また、この冷却水用配管５８には、冷却用ポンプ５３とラジエータ５４との間に３方弁６１が設けられている。また、この３方弁６１には、燃焼器３７から排出される高温の燃焼ガスを冷却するための冷却媒体用熱交換器３９への分岐路６２が接続されている。これにより、３方弁６１では、冷却用ポンプ５３からの水を、ラジエータ５４をバイパスして冷却媒体用熱交換器３９に供給可能となっている。 The cooling water pipe 58 is provided with a three-way valve 61 between the cooling pump 53 and the radiator 54. The three-way valve 61 is connected to a branch path 62 to the cooling medium heat exchanger 39 for cooling the high-temperature combustion gas discharged from the combustor 37. Thus, the three-way valve 61 can supply water from the cooling pump 53 to the cooling medium heat exchanger 39 by bypassing the radiator 54.

また、冷却水用配管５８における燃料電池スタック１の上流及び下流には、それぞれ、燃料電池スタック１の上流及び下流における水の温度を検出する第１の冷却媒体温度検出手段及び第２の冷却媒体温度検出手段である第１冷却媒体温度センサ７１，第２冷却媒体温度センサ７２が設けられている。 Further, upstream and downstream of the fuel cell stack 1 in the cooling water pipe 58 are a first cooling medium temperature detecting means and a second cooling medium for detecting the temperature of water upstream and downstream of the fuel cell stack 1, respectively. A first cooling medium temperature sensor 71 and a second cooling medium temperature sensor 72, which are temperature detecting means, are provided.

これら第１冷却媒体温度センサ７１及び第２冷却媒体温度センサ７２によって検出された冷却媒体温度を示すセンサ信号は、システム制御装置４に供給される。そして、システム制御装置４は、上述した空気供給温度センサ１６によって検出される空気温度と、上述した排出空気温度センサ４５によって検出されるカソードオフガス温度と、第１冷却媒体温度センサ７１及び第２冷却媒体温度センサ７２によって検出される冷却媒体温度とを監視し、これら各種温度に基づいて、保湿用ポンプ５２の回転数を調整して冷却媒体流量を制御するとともに、ラジエータファン５５の回転数を調整して冷却媒体温度を制御することになる。これにより、システム制御装置４では、燃料電池システムの運転温度を制御することが可能となっている。 Sensor signals indicating the coolant temperature detected by the first coolant temperature sensor 71 and the second coolant temperature sensor 72 are supplied to the system controller 4. Then, the system controller 4 detects the air temperature detected by the air supply temperature sensor 16 described above, the cathode offgas temperature detected by the exhaust air temperature sensor 45 described above, the first cooling medium temperature sensor 71 and the second cooling. The cooling medium temperature detected by the medium temperature sensor 72 is monitored, and based on these various temperatures, the rotation speed of the moisturizing pump 52 is adjusted to control the cooling medium flow rate, and the rotation speed of the radiator fan 55 is adjusted. Thus, the cooling medium temperature is controlled. Thereby, the system control device 4 can control the operating temperature of the fuel cell system.

さらに、燃料電池システムにおいては、燃料電池スタック１に、図示しない電流センサ及び電圧センサを有する電力監視装置８１が設けられている。この電力監視装置８１におけるこれら電流センサ及び電圧センサによって検出された電流値及び電圧値を示すセンサ信号は、システム制御装置４に供給される。そして、システム制御装置４は、これら電流値及び電圧値に基づいて、燃料電池システムの運転負荷を算出することが可能とされる。 Further, in the fuel cell system, the fuel cell stack 1 is provided with a power monitoring device 81 having a current sensor and a voltage sensor (not shown). Sensor signals indicating the current value and the voltage value detected by the current sensor and the voltage sensor in the power monitoring device 81 are supplied to the system control device 4. Then, the system control device 4 can calculate the operating load of the fuel cell system based on these current value and voltage value.

このような燃料電池システムにおいて、空気は、通常運転時には、コンプレッサ１１から圧送され、さらに、アフタークーラー１２によって燃料電池スタック１における反応に必要な温度まで冷却された上で、カソード極２に供給される。また、燃料電池システムにおいて、水素は、通常運転時には、水素供給装置２１からアノード極３に供給される。このとき、燃料電池システムにおいては、水タンク５１から燃料電池スタック１に水が供給される。また、燃料電池システムにおいては、燃料電池スタック１の他に、アフタークーラー１２及び冷却媒体用熱交換器３９にも水タンク５１から水が供給される。 In such a fuel cell system, air is pumped from the compressor 11 during normal operation, and further cooled to a temperature required for the reaction in the fuel cell stack 1 by the aftercooler 12 and then supplied to the cathode 2. The In the fuel cell system, hydrogen is supplied from the hydrogen supply device 21 to the anode 3 during normal operation. At this time, in the fuel cell system, water is supplied from the water tank 51 to the fuel cell stack 1. In the fuel cell system, water is supplied from the water tank 51 to the after-cooler 12 and the cooling medium heat exchanger 39 in addition to the fuel cell stack 1.

そして、燃料電池システムにおいては、燃料電池スタック１における発電によって生成された水の一部がカソードオフガスに含有されてカソード極２から排出され、凝縮した水が水タンク５１に回収される。さらに、燃料電池システムにおいては、カソードオフガスが加湿装置１３を経由することにより、当該カソードオフガスに含有される水の一部がアフタークーラー１２から排出される比較的低温度の空気に受け渡されて再度燃料電池スタック１に供給される。そして、燃料電池システムにおいては、加湿装置１３から排出されるカソードオフガスに含有される水分が、燃焼器３７を介して外部へと排気される。 In the fuel cell system, a part of the water generated by the power generation in the fuel cell stack 1 is contained in the cathode offgas and discharged from the cathode electrode 2, and the condensed water is collected in the water tank 51. Further, in the fuel cell system, the cathode offgas passes through the humidifier 13 so that a part of the water contained in the cathode offgas is delivered to the relatively low temperature air discharged from the aftercooler 12. The fuel cell stack 1 is supplied again. In the fuel cell system, the moisture contained in the cathode off-gas discharged from the humidifier 13 is exhausted to the outside through the combustor 37.

［燃料電池システムの水回収処理］
つぎに、上述したように構成された燃料電池システムにおいて、システム制御装置４により水タンク５１への水回収運転を行う水回収処理の処理手順について図２のフローチャートを参照して説明する。すなわち、この水回収処理では、水タンク５１に貯留する水の不足時に、水タンク５１への水回収運転を行うものである。 [Water recovery treatment of fuel cell system]
Next, in the fuel cell system configured as described above, the processing procedure of the water recovery process in which the system controller 4 performs the water recovery operation to the water tank 51 will be described with reference to the flowchart of FIG. That is, in this water recovery process, when the water stored in the water tank 51 is insufficient, the water recovery operation to the water tank 51 is performed.

まず、システム制御装置４は、通常の燃料電池スタック１の発電運転を行っている際に、ステップＳ１において、水タンク５１の水位を検出するために、水位センサ５７によって検出された水位値を示すセンサ信号を読み出す。 First, the system control device 4 shows the water level value detected by the water level sensor 57 in order to detect the water level of the water tank 51 in step S1 during normal power generation operation of the fuel cell stack 1. Read the sensor signal.

続いて、システム制御装置４は、ステップＳ２において、ステップＳ１にて検出した検出値に基づいて、後述する水回収運転が必要であるか否かの判定を行う。具体的には、システム制御装置４は、ステップＳ１にて検出された水位値が所定値よりも小さいか否かを判定する。ここで、所定値は、通常運転から水回収運転に移行するか否かを判断するための水タンク５１の低水位値が、予め設定されている。 Subsequently, in step S2, the system control device 4 determines whether or not a later-described water recovery operation is necessary based on the detection value detected in step S1. Specifically, the system control device 4 determines whether or not the water level value detected in step S1 is smaller than a predetermined value. Here, as the predetermined value, a low water level value of the water tank 51 for determining whether or not to shift from the normal operation to the water recovery operation is set in advance.

ここで、システム制御装置４は、ステップＳ１にて検出した水位値が所定値よりも小さくないと判定した場合には、水回収運転を行う必要がないと判断して、通常運転を継続する。一方、システム制御装置４は、ステップＳ１にて検出した水位値が所定値よりも小さいと判定した場合には、当該燃料電池システム内に保有する水の不足を補うべくステップＳ３以降の水回収運転を行うための処理へと移行する。 Here, when it is determined that the water level value detected in step S1 is not smaller than the predetermined value, the system control device 4 determines that it is not necessary to perform the water recovery operation and continues the normal operation. On the other hand, if the system control device 4 determines that the water level value detected in step S1 is smaller than the predetermined value, the water recovery operation after step S3 is performed to make up for the shortage of water held in the fuel cell system. It moves to the processing for performing.

システム制御装置４は、ステップＳ３において、電力監視装置８１における電流センサ及び電圧センサによって検出された電流値及び電圧値に基づいて、燃料電池システムの運転負荷を算出する。 In step S 3, the system control device 4 calculates the operating load of the fuel cell system based on the current value and the voltage value detected by the current sensor and the voltage sensor in the power monitoring device 81.

そして、システム制御装置４は、ステップＳ４において、例えば図示しないメモリ等に予め格納している図３に示すようなマップデータを参照し、ステップＳ３にて算出した運転負荷に応じた水回収速度を読み出す。 Then, in step S4, the system control device 4 refers to the map data as shown in FIG. 3 stored in advance in a memory (not shown), for example, and sets the water recovery rate according to the operation load calculated in step S3. read out.

なお、図３に示すようなマップデータは、燃料電池システムが高負荷運転になるのにしたがって燃料電池スタック１内部にて凝縮する凝縮水が増加する、という特性に基づいて作成されている。すなわち、この特性は、燃料電池システムが高負荷運転になるのにしたがって高圧力で運転する必要があり、同じ運転温度であっても飽和水蒸気量が小さくなり、凝縮水が増加することに起因して作成されている。 Note that the map data as shown in FIG. 3 is created based on the characteristic that the condensed water that condenses inside the fuel cell stack 1 increases as the fuel cell system goes into a high load operation. That is, this characteristic is due to the fact that the fuel cell system needs to be operated at a higher pressure as the operation becomes higher, and the amount of saturated water vapor becomes smaller and the condensed water increases even at the same operating temperature. Has been created.

続いて、システム制御装置４は、ステップＳ５において、排出空気温度センサ４５によって検出されるカソードオフガス温度と、排出空気湿度センサ４６によって検出されるカソードオフガス湿度とを読み出し、ステップＳ６において、これらカソードオフガス温度及びカソードオフガス湿度に基づいて、カソードオフガスに含有される水量を算出する。 Subsequently, the system control device 4 reads out the cathode offgas temperature detected by the exhaust air temperature sensor 45 and the cathode offgas humidity detected by the exhaust air humidity sensor 46 in step S5, and in step S6, these cathode offgas humidity. Based on the temperature and cathode offgas humidity, the amount of water contained in the cathode offgas is calculated.

そして、システム制御装置４は、ステップＳ７において、燃料電池システムの水回収運転によってステップＳ４にて読み出した水回収速度で水を回収することができるか否かを判定するために、ステップＳ６にて算出したカソードオフガスの含有水量と、ステップＳ４にて読み出した水回収速度に応じた単位時間あたりの水回収量とを比較する。具体的には、システム制御装置４は、カソードオフガスの含有水量が、水回収速度に応じた単位時間当たりの水回収量よりも大きいか否かを判定する。 In step S6, the system controller 4 determines whether or not water can be recovered at the water recovery rate read in step S4 by the water recovery operation of the fuel cell system in step S7. The calculated cathode offgas content water amount is compared with the water recovery amount per unit time corresponding to the water recovery rate read in step S4. Specifically, the system control device 4 determines whether or not the water content of the cathode off gas is larger than the water recovery amount per unit time according to the water recovery rate.

ここで、システム制御装置４は、カソードオフガスの含有水量が、水回収速度に応じた単位時間当たりの水回収量よりも大きくないと判定した場合には、ステップＳ９へと処理を移行し、水回収を行うことができない旨を示す所定の警告を報知するとともに、燃料電池システムの運転停止処理を行う。 Here, when the system control device 4 determines that the water content of the cathode off gas is not larger than the water recovery amount per unit time according to the water recovery rate, the system control device 4 proceeds to step S9, A predetermined warning indicating that the collection cannot be performed is notified, and an operation stop process of the fuel cell system is performed.

一方、システム制御装置４は、カソードオフガスの含有水量が、水回収速度に応じた単位時間当たりの水回収量よりも大きいと判定した場合には、水回収運転を開始すべくステップＳ８へと処理を移行する。 On the other hand, if the system control device 4 determines that the water content of the cathode off gas is larger than the water recovery amount per unit time according to the water recovery rate, the system control device 4 performs a process to step S8 to start the water recovery operation. To migrate.

システム制御装置４は、ステップＳ８において、排出空気圧力センサ４４によって検出しているカソードオフガス圧力と、排出空気温度センサ４５によって検出しているカソードオフガス温度とを読み出し、ステップＳ１０において、例えば図示しないメモリ等に予め格納している図４に示すようなマップデータを参照し、ステップＳ４にて読み出した水回収速度に対応して複数用意しておいたカソードオフガス温度とカソードオフガス圧力との関係を示したマップデータの何れかを選択する。 In step S8, the system control device 4 reads out the cathode offgas pressure detected by the exhaust air pressure sensor 44 and the cathode offgas temperature detected by the exhaust air temperature sensor 45, and in step S10, for example, a memory (not shown). 4 is stored in advance, and the relationship between the cathode offgas temperature and the cathode offgas pressure prepared in correspondence with the water recovery rate read in step S4 is shown. Select one of the map data.

なお、図４に示すようなマップデータは、カソードオフガス圧力とカソードオフガス温度とを変化させることにより、燃料電池スタック１の発電によって生成される水を凝縮することができる、という特性に基づいて作成されており、水回収速度に応じた単位時間当たりの水回収量を発生させるためのカソードオフガス圧力とカソードオフガス温度との相関関係を表すものである。 The map data shown in FIG. 4 is created based on the characteristic that the water generated by the power generation of the fuel cell stack 1 can be condensed by changing the cathode offgas pressure and the cathode offgas temperature. The correlation between the cathode offgas pressure and the cathode offgas temperature for generating the amount of water collected per unit time according to the water recovery rate is shown.

そして、システム制御装置４は、ステップＳ１１において、ステップＳ８にて読み出したカソードオフガス圧力とカソードオフガス温度とに基づいて、通常運転から水回収運転へと遷移するまでの経過時間を図４のマップデータに設定する。具体的には、システム制御装置４は、ステップＳ８にて読み出した通常運転状態におけるカソードオフガス圧力及びカソードオフガス温度から、ステップＳ１０にて選択したマップデータにおける各点（水回収運転の動作点）の所定範囲（例えば圧力値が±５ｋＰａ、温度値が±５℃）とするまでの経過時間を算出することにより、選択したマップデータを構成する各点ごとに経過時間を算出する。これにより、システム制御装置４では、図４のマップデータを構成する各点ごとに経過時間を設定する。 Then, in step S11, the system control device 4 determines the elapsed time until the transition from the normal operation to the water recovery operation based on the cathode offgas pressure and the cathode offgas temperature read in step S8, as shown in the map data of FIG. Set to. Specifically, the system control device 4 determines each point (operating point of the water recovery operation) in the map data selected in step S10 from the cathode offgas pressure and the cathode offgas temperature in the normal operation state read in step S8. By calculating the elapsed time until a predetermined range (for example, the pressure value is ± 5 kPa and the temperature value is ± 5 ° C.), the elapsed time is calculated for each point constituting the selected map data. Thereby, the system control apparatus 4 sets the elapsed time for each point constituting the map data of FIG.

なお、システム制御装置４は、各水回収運転ごとの動作点とするまでの経過時間を算出するために、コンプレッサ１１及び空気圧力調整弁３２からなる運転圧力制御手段と、ラジエータファン５５及び冷却用ポンプ５３からなる運転温度制御手段との性能特性に基づいて、運転圧力と運転温度との過渡特性を求める演算式を使用する。ここで、この演算式は、システムの設計時に、予め実験等により取得したデータに基づいて、カソードオフガス圧力の過渡特性及びカソードオフガス温度の過渡特性を求めるように決定されている。 Note that the system control device 4 calculates an elapsed time until the operating point for each water recovery operation is reached, an operating pressure control means including the compressor 11 and the air pressure regulating valve 32, a radiator fan 55, and a cooling device. Based on the performance characteristics of the operation temperature control means including the pump 53, an arithmetic expression for obtaining a transient characteristic between the operation pressure and the operation temperature is used. Here, this arithmetic expression is determined so as to obtain the transient characteristic of the cathode offgas pressure and the transient characteristic of the cathode offgas temperature on the basis of data acquired by experiments or the like in advance at the time of designing the system.

ここで、燃料電池システムにおいては、燃料電池スタック１における発電量によって必要な空気量は決定されているので、燃料電池スタック１に供給すべき空気流量は、運転負荷で決定される流量以下には小さくすることができない。そのため、燃料電池システムにおいては、運転負荷毎に燃料電池システムの運転効率を高くするためには、コンプレッサ１１の吐出圧力をできるだけ小さくする必要があり、通常運転時では、必要最小限のコンプレッサ１１の吐出圧力で運転している。したがって、ステップＳ１１においては、水を回収するために、コンプレッサ１１の吐出圧力を高くする制御をする。 Here, in the fuel cell system, since the required air amount is determined by the amount of power generated in the fuel cell stack 1, the air flow rate to be supplied to the fuel cell stack 1 is less than the flow rate determined by the operating load. It cannot be made smaller. Therefore, in the fuel cell system, in order to increase the operation efficiency of the fuel cell system for each operation load, it is necessary to reduce the discharge pressure of the compressor 11 as much as possible. Operating at discharge pressure. Therefore, in step S11, control is performed to increase the discharge pressure of the compressor 11 in order to collect water.

そして、システム制御装置４は、ステップＳ１１にて通常運転から水回収運転に移行するまでの経過時間をマップデータを構成する各動作点に設定すると、ステップＳ１２において、ステップＳ８にて読み出したカソードオフガス圧力以上となる範囲で、ステップＳ１０にて決定した経過時間が最小となるカソードオフガス圧力及びカソードオフガス温度を、図４に示すマップデータから目標運転圧力及び目標運転温度として読み出す。 Then, when the system control device 4 sets the elapsed time from the normal operation to the water recovery operation in each step constituting the map data in step S11, in step S12, the cathode offgas read in step S8. The cathode offgas pressure and the cathode offgas temperature at which the elapsed time determined in step S10 is the minimum within the pressure range are read out as the target operating pressure and the target operating temperature from the map data shown in FIG.

次に、システム制御装置４は、排出空気圧力センサ４４によって検出しているカソードオフガス圧力を監視し、このカソードオフガス圧力が目標運転圧力となるように、コンプレッサ１１の回転数及び空気圧力調整弁３２の開度を制御することにより、燃料電池スタック１に供給する空気圧力を調整する。また、システム制御装置４は、排出空気温度センサ４５によって検出しているカソードオフガス温度と第１冷却媒体温度センサ７１及び第２冷却媒体温度センサ７２によって検出している各冷却媒体温度とを監視し、カソードオフガス温度が目標運転温度となるように、冷却用ポンプ５３の回転数及びラジエータファン５５の回転数を調整することにより、燃料電池スタック１に供給する冷却媒体の温度を制御する。 Next, the system controller 4 monitors the cathode offgas pressure detected by the exhaust air pressure sensor 44, and the rotation speed of the compressor 11 and the air pressure adjustment valve 32 so that the cathode offgas pressure becomes the target operating pressure. The air pressure supplied to the fuel cell stack 1 is adjusted by controlling the opening degree. Further, the system control device 4 monitors the cathode offgas temperature detected by the exhaust air temperature sensor 45 and each cooling medium temperature detected by the first cooling medium temperature sensor 71 and the second cooling medium temperature sensor 72. The temperature of the cooling medium supplied to the fuel cell stack 1 is controlled by adjusting the rotational speed of the cooling pump 53 and the rotational speed of the radiator fan 55 so that the cathode offgas temperature becomes the target operating temperature.

次に、システム制御装置４は、ステップＳ１３において、水タンク５１の水位を検出するために、水位センサ５７によって検出している水位値を読み出し、ステップＳ１４において、水位センサ５７によって検出された水位値に基づいて水回収運転の継続が必要であるか否かの判定を行う。具体的には、システム制御装置４は、水位センサ５７によって検出された水位値が所定値よりも大きいか否かを判定する。ここで、所定値は、水回収運転から通常運転に移行するか否かを判断するための水タンク５１の高水位値が、予め設定されている。 Next, the system control device 4 reads the water level value detected by the water level sensor 57 in order to detect the water level of the water tank 51 in step S13, and the water level value detected by the water level sensor 57 in step S14. Based on the above, it is determined whether it is necessary to continue the water recovery operation. Specifically, the system control device 4 determines whether or not the water level value detected by the water level sensor 57 is greater than a predetermined value. Here, as the predetermined value, a high water level value of the water tank 51 for determining whether or not to shift from the water recovery operation to the normal operation is set in advance.

ここで、システム制御装置４は、水位センサ５７によって検出された水位値が水タンク５１の高水位値よりも大きくないと判定した場合には、水回収運転を継続する必要があると判定してステップＳ３からの処理を繰り返し、水位センサ５７によって検出された水位値が水タンク５１の高水位値よりも大きいと判定した場合には、水回収運転を継続する必要がないので通常運転へと移行する。 Here, when it is determined that the water level value detected by the water level sensor 57 is not greater than the high water level value of the water tank 51, the system control device 4 determines that it is necessary to continue the water recovery operation. If the processing from step S3 is repeated and it is determined that the water level value detected by the water level sensor 57 is larger than the high water level value of the water tank 51, it is not necessary to continue the water recovery operation, so that the operation proceeds to the normal operation. To do.

燃料電池システムは、このような一連の制御を経ることにより、燃料電池スタック１の発電によって生成される水を凝縮させ、必要量の水を水タンク５１へと回収することができる。 Through such a series of controls, the fuel cell system can condense the water generated by the power generation of the fuel cell stack 1 and collect a necessary amount of water into the water tank 51.

［第１実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した第１実施形態に係る燃料電池システムによれば、検出した水タンク５１の水位（水量）に基づいて、燃料電池システムの運転圧力及び運転温度を変化させて、燃料電池スタック１内の水を凝縮させた余剰水を回収する水回収運転を行うことにより、運転圧力及び運転温度に制約がある場合であっても、運転条件に柔軟に対応した水回収運転を行うことができる。なお、上述した一例では、運転圧力及び運転温度の双方を制御する場合について説明したが、何れかを制御する場合であっても同様の効果を得ることができる。 [Effect of the first embodiment]
As described above in detail, according to the fuel cell system according to the first embodiment to which the present invention is applied, the operating pressure and operating temperature of the fuel cell system are set based on the detected water level (water amount) of the water tank 51. By changing the water recovery operation to recover the surplus water that has condensed the water in the fuel cell stack 1, even if the operating pressure and operating temperature are limited, the operating conditions can be flexibly handled. Water recovery operation can be performed. In the example described above, the case where both the operating pressure and the operating temperature are controlled has been described. However, the same effect can be obtained even when either one is controlled.

そして、この燃料電池システムによれば、通常運転から水回収運転へと遷移する過程において、経過時間が最小となるような水回収運転における運転圧力及び運転温度を算出することにより、水回収を最短時間で行うことができるので、水供給不足による燃料電池システムの性能低下を低減することができるとともに、燃料電池システムの早急な正常回復を実現することができる。 Then, according to this fuel cell system, in the process of transition from the normal operation to the water recovery operation, the operation pressure and the operation temperature in the water recovery operation that minimize the elapsed time are calculated, so that the water recovery is minimized. Since it can be performed in time, it is possible to reduce the performance degradation of the fuel cell system due to insufficient water supply, and it is possible to realize rapid normal recovery of the fuel cell system.

また、この燃料電池システムによれば、検出した水位（水量）が所定値よりも小さい場合には水回収運転を開始するといったように、水位センサ５７によって検出された水位（水量）に基づいて、水回収運転が必要であるか否かの判定を行うことにより、水タンク５１の残水量に応じた水回収を行うことが可能となり、燃料電池システムに必要とされる供給水量以上に、水タンク５１の水量を確保することができる。 Further, according to this fuel cell system, based on the water level (water amount) detected by the water level sensor 57, such as starting the water recovery operation when the detected water level (water amount) is smaller than a predetermined value, By determining whether or not the water recovery operation is necessary, it becomes possible to recover the water according to the amount of remaining water in the water tank 51, and the water tank exceeds the amount of water supplied for the fuel cell system. A water volume of 51 can be secured.

さらに、この燃料電池システムによれば、水回収動作をするに際して、燃料電池システムの運転負荷に応じて水回収速度を算出することにより、高負荷運転になるのにしたがってより多くの水回収量を実現させることが可能となる。そのため、燃料電池システムによれば、水タンク５１の水位を適正な範囲に回復させるような水回収を、運転負荷に応じて最適な水回収速度によって行うことが可能となるので、安定した水供給を行うことが可能となる。 Further, according to this fuel cell system, when performing the water recovery operation, the water recovery rate is calculated according to the operation load of the fuel cell system, so that a larger amount of water recovery can be achieved as the operation becomes higher. It can be realized. Therefore, according to the fuel cell system, it is possible to perform water recovery so as to restore the water level of the water tank 51 to an appropriate range at an optimal water recovery speed according to the operation load. Can be performed.

さらにまた、この燃料電池システムによれば、燃料電池スタック１から排出されたカソードオフガスに含有される水量を算出し、このカソードオフオフガスに含有される水量が、水回収速度に相当する水量よりも大きくない場合には、警告報知又は燃料電池システムの運転停止処理を行うので、水回収運転によって所定の水量を回収できない場合には、燃料電池システムの不具合報知、若しくは当該燃料電池システムの運転停止、又はこれら双方の処理を行うことが可能となるので、水供給不足による燃料電池システムの二次的不具合を防止することができるとともに、不具合対応を行う必要性を運転者等に適切に報知することができる。 Furthermore, according to the fuel cell system, the amount of water contained in the cathode off-gas discharged from the fuel cell stack 1 is calculated, and the amount of water contained in the cathode off-off gas is larger than the amount of water corresponding to the water recovery rate. If it is not large, a warning notification or fuel cell system shutdown process is performed, so if a predetermined amount of water cannot be recovered by the water recovery operation, a malfunction notification of the fuel cell system or a shutdown of the fuel cell system, Alternatively, both of these processes can be performed, so that it is possible to prevent a secondary malfunction of the fuel cell system due to a lack of water supply, and to appropriately notify the driver of the necessity of dealing with the malfunction. Can do.

さらにまた、この燃料電池システムによれば、カソードオフガスの圧力を監視し、このカソードオフガスの圧力が目標運転圧力となるように、コンプレッサ１１の回転数と空気圧力調整弁３２の開度とを制御するとともに、カソードオフガスの温度と冷却媒体としての水の温度とを監視し、カソードオフガスの温度が目標運転温度となるように、冷却用ポンプ５３の回転数とラジエータファン５５の回転数とを調整して冷却媒体としての水の温度を制御するので、水回収を最短時間で行うことが可能となり、水供給不足による当該燃料電池システムの性能低下の時間的リスクを低減することができるとともに、燃料電池システムの早急な正常回復を実現することができる。 Furthermore, according to this fuel cell system, the pressure of the cathode offgas is monitored, and the rotation speed of the compressor 11 and the opening degree of the air pressure adjustment valve 32 are controlled so that the cathode offgas pressure becomes the target operating pressure. At the same time, the temperature of the cathode offgas and the temperature of the water as the cooling medium are monitored, and the rotation speed of the cooling pump 53 and the rotation speed of the radiator fan 55 are adjusted so that the cathode offgas temperature becomes the target operating temperature. Since the temperature of the water as the cooling medium is controlled, water recovery can be performed in the shortest time, and the time risk of performance degradation of the fuel cell system due to insufficient water supply can be reduced. A rapid normal recovery of the battery system can be realized.

［第２実施形態］
つぎに、本発明を適用した第２実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。なお、第２実施形態に係る燃料電池システムは、先に図１に示した構成と同一とされる。したがって、この第２実施形態の説明では、上述の実施形態と同様の部分については同一の符号及び同一のステップ番号を付することによってその詳細な説明を省略するものとする。 [Second Embodiment]
Next, a fuel cell system according to a second embodiment to which the present invention is applied will be described. The fuel cell system according to the second embodiment has the same configuration as that shown in FIG. Therefore, in the description of the second embodiment, the same reference numerals and the same step numbers are assigned to the same parts as those in the above-described embodiment, and the detailed description thereof is omitted.

この第２実施形態に係る燃料電池システムは、水回収処理において、水回収運転を開始する条件として、水タンク５１の水位ではなく、水タンク５１の水量の単位時間あたりの変化量を基準とするものである。 In the fuel cell system according to the second embodiment, in the water recovery process, as a condition for starting the water recovery operation, not the water level of the water tank 51 but the amount of change per unit time of the water amount of the water tank 51 is used as a reference. Is.

この第２実施形態に係る燃料電池システムにおいては、水タンク５１に貯留する水の不足時には、システム制御装置４の制御に従って、図５に示す一連の処理を行うことにより、水タンク５１への水回収運転を行う。 In the fuel cell system according to the second embodiment, when the water stored in the water tank 51 is insufficient, a series of processes shown in FIG. Perform recovery operation.

まず、システム制御装置４は、図５に示すように、通常の発電運転を行っている際に、上述したステップＳ１の後のステップＳ２１において、ステップＳ１にて読み出した水位値の所定時間における増減割合（単位時間あたりの変化量）を算出する。なお、この増減割合は、増加傾向である場合には正値となり、減少傾向である場合には負値となる。 First, as shown in FIG. 5, the system control device 4 increases or decreases the water level value read in step S1 in a predetermined time in step S21 after step S1 described above during normal power generation operation. The ratio (change amount per unit time) is calculated. The increase / decrease rate is a positive value when the trend is increasing, and is a negative value when the trend is decreasing.

続いて、システム制御装置４は、ステップＳ２２において、ステップＳ２１にて算出した水位値の所定時間における増減割合に基づいて、水回収運転が必要であるか否かの判定を行う。具体的には、システム制御装置４は、ステップＳ２１にて算出した水位値の増減割合が水タンク５１の水位の減少傾向を示す所定値よりも小さいか否かを判定する。ここでは、この所定値として、“０”を用いるものとする。すなわち、システム制御装置４は、ステップＳ２１にて算出した水位値の増減割合が負値であるか否かを判定する。なお、このステップＳ２２の処理は、図１中のステップＳ２として示した処理に相当するものである。 Subsequently, in step S22, the system control device 4 determines whether or not the water recovery operation is necessary based on the increase / decrease rate of the water level value calculated in step S21 for a predetermined time. Specifically, the system control device 4 determines whether or not the increase / decrease rate of the water level value calculated in step S 21 is smaller than a predetermined value indicating a decreasing tendency of the water level in the water tank 51. Here, “0” is used as the predetermined value. That is, the system control device 4 determines whether or not the increase / decrease rate of the water level value calculated in step S21 is a negative value. The process in step S22 corresponds to the process shown as step S2 in FIG.

ここで、システム制御装置４は、水位値の増減割合が負値でない、すなわち、水位の増減割合が所定値よりも小さくなく、水タンク５１の水位が増加傾向にあると判定した場合には、水回収運転を行う必要がないものとし、通常運転を継続する。一方、システム制御装置４は、水位値の増減割合が負値である、すなわち、水位の増減割合が所定値よりも小さく、水タンク５１の水位が減少傾向にあると判定した場合には、燃料電池システム内に保有する水の不足を補うべくステップＳ２３以降の水回収運転へと移行する。 Here, when the system control device 4 determines that the increase / decrease rate of the water level value is not a negative value, that is, the increase / decrease rate of the water level is not smaller than the predetermined value, the water level of the water tank 51 tends to increase. It is assumed that there is no need for water recovery operation, and normal operation is continued. On the other hand, when the system control device 4 determines that the increase / decrease rate of the water level value is a negative value, that is, the increase / decrease rate of the water level is smaller than the predetermined value, the water level in the water tank 51 tends to decrease. In order to make up for the shortage of water held in the battery system, the operation proceeds to the water recovery operation after step S23.

システム制御装置４は、ステップＳ２３において、ステップＳ２１にて算出した増減割合が負となっているので、増減割合に応じた水回収を行うために、増減割合を水の減少速度に換算した値を水回収速度として読み出す。なお、このステップＳ２３の処理は、図１中のステップＳ４として示した処理に相当するものである。 Since the increase / decrease rate calculated in step S21 is negative in step S23, the system control device 4 uses a value obtained by converting the increase / decrease rate into a water decrease rate in order to recover water according to the increase / decrease rate. Read as water recovery rate. The process in step S23 corresponds to the process shown as step S4 in FIG.

以降、システム制御装置４は、図１中のステップＳ５〜ステップＳ１２と同様の処理を行い、ステップＳ１２の後、水回収運転の継続の是非を判定するために、ステップＳ１からの処理を繰り返すことになる。 Thereafter, the system control device 4 performs the same processing as steps S5 to S12 in FIG. 1, and repeats the processing from step S1 after step S12 in order to determine whether or not to continue the water recovery operation. become.

燃料電池システムは、このような一連の処理を行うことにより、水タンク５１の水位ではなく、水タンク５１の水量の単位時間あたりの変化量を、水回収運転を開始する条件とし、燃料電池スタック１の発電によって生成される水を凝縮させ、必要量の水を水タンク５１へと回収する。 By performing such a series of processes, the fuel cell system sets the change amount per unit time of the water amount of the water tank 51 instead of the water level of the water tank 51 as a condition for starting the water recovery operation, and the fuel cell stack. The water generated by the power generation of 1 is condensed, and a necessary amount of water is collected into the water tank 51.

［第２実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、第２実施形態に係る燃料電池システムによれば、水タンク５１の水位（水量）の単位時間あたりの変化量を算出し、この変化量が所定値よりも小さく水タンク５１の水位（水量）が減少傾向にある場合には、水回収運転を開始するといったように、水位センサ５７によって検出された水位（水量）の単位時間あたりの変化量に基づいて、水回収運転が必要であるか否かの判定を行う。これにより、燃料電池システムによれば、水タンク５１の水量が減少傾向にある段階から水回収を行うことが可能となるので、燃料電池システム内に保有する水量の減少を防止することができる。 [Effects of Second Embodiment]
As described above in detail, according to the fuel cell system of the second embodiment, the amount of change per unit time of the water level (water amount) of the water tank 51 is calculated, and the amount of change is smaller than a predetermined value. When the water level (water amount) of the tank 51 tends to decrease, water recovery is performed based on the amount of change per unit time of the water level (water amount) detected by the water level sensor 57, such as starting the water recovery operation. It is determined whether or not driving is necessary. As a result, according to the fuel cell system, it is possible to collect water from the stage where the amount of water in the water tank 51 tends to decrease, and therefore it is possible to prevent a decrease in the amount of water held in the fuel cell system.

また、この燃料電池システムによれば、水タンク５１の水量の減少速度に応じて水回収速度を算出することにより、水タンク５１の水量を適正な範囲に留めるように制御しつつ水回収を行うことが可能となるので、安定した燃料電池システムへの水供給を行うことができる。 Further, according to this fuel cell system, water is collected while controlling the amount of water in the water tank 51 within an appropriate range by calculating the water collection rate according to the rate of decrease in the amount of water in the water tank 51. Therefore, water can be stably supplied to the fuel cell system.

なお、上述の実施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、この実施形態以外の形態であっても、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-described embodiment is an example of the present invention. For this reason, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and even if it is a form other than this embodiment, as long as it does not depart from the technical idea of the present invention, it depends on the design and the like. Of course, various modifications are possible.

本発明を適用した第１実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the fuel cell system which concerns on 1st Embodiment to which this invention is applied. 燃料電池システムにおいて水回収運転を行う際の処理手順フローチャートである。It is a process sequence flowchart at the time of performing water recovery driving | operation in a fuel cell system. 燃料電池システムの運転負荷と水回収速度との相関関係を表すマップデータを示す図である。It is a figure which shows the map data showing the correlation of the driving | running load of a fuel cell system, and a water collection | recovery speed. 水回収速度に対応するカソードオフガスの温度と圧力との相関関係を表すマップデータを示す図である。It is a figure which shows the map data showing the correlation with the temperature and pressure of cathode off gas corresponding to a water collection | recovery speed | rate. 本発明を適用した第２実施形態に係る燃料電池システムにおいて水回収運転を行う際の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence at the time of performing water collection | recovery driving | operation in the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment to which this invention is applied.

符号の説明Explanation of symbols

１燃料電池スタック
２カソード極
３アノード極
４システム制御装置
１１コンプレッサ
１２アフタークーラー
１３加湿装置
１４空気供給配管
１５空気供給圧力センサ
１６空気供給温度センサ
２１水素供給装置
２２水素供給配管
２３３方弁
３１カソードオフガス排出配管
３２空気圧力調整弁
３３アノードオフガス排出配管
３４アノードオフガス循環装置
３５循環用配管
３６水素圧力調整弁
３７燃焼器
３８燃焼ガス排気配管
３９冷却媒体用熱交換器
４１ミキサ
４２ヒータ
４３燃焼触媒担持部
４４排出空気圧力センサ
４５排出空気温度センサ
４６排出空気湿度センサ
５１水タンク
５２保湿用ポンプ
５３冷却用ポンプ
５４ラジエータ
５５ラジエータファン
５６冷却媒体循環用配管
５７水位センサ
５８冷却水用配管
５９，６１３方弁
６０，６２分岐路
７１第１冷却媒体温度センサ
７２第２冷却媒体温度センサ
８１電力監視装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell stack 2 Cathode electrode 3 Anode electrode 4 System controller 11 Compressor 12 After cooler 13 Humidifier 14 Air supply piping 15 Air supply pressure sensor 16 Air supply temperature sensor 21 Hydrogen supply device 22 Hydrogen supply piping 23 Three-way valve 31 Cathode Off-gas discharge pipe 32 Air pressure adjustment valve 33 Anode off-gas discharge pipe 34 Anode off-gas circulation device 35 Circulation pipe 36 Hydrogen pressure adjustment valve 37 Combustor 38 Combustion gas exhaust pipe 39 Cooling medium heat exchanger 41 Mixer 42 Heater 43 Combustion catalyst support 44 exhaust air pressure sensor 45 exhaust air temperature sensor 46 exhaust air humidity sensor 51 water tank 52 moisturizing pump 53 cooling pump 54 radiator 55 radiator fan 56 cooling medium circulation pipe 57 water level sensor 58却水 piping 59 and 61 3-way valve 60, 62 branch passage 71 first coolant temperature sensor 72 second cooling medium temperature sensor 81 power monitoring device

Claims

燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電をする燃料電池と、
前記燃料電池に循環させる水を貯留する水貯留手段と、
前記水貯留手段の水量を検出する水量検出手段と、
前記水量検出手段によって検出された水量に基づいて、燃料電池システムの運転圧力又は運転温度を変化させて前記水貯留手段に水を回収する水回収運転を開始すると判定した場合に、通常運転から、燃料電池システムの運転圧力又は運転温度を変化させて前記水回収運転に遷移するまでの経過時間が最小となるような前記水回収運転における運転圧力又は運転温度を決定する制御手段と
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell that generates power using fuel gas and oxidant gas;
Water storage means for storing water to be circulated in the fuel cell;
A water amount detecting means for detecting the amount of water in the water storage means;
Based on the amount of water detected by the water amount detection means, when it is determined to start the water recovery operation to recover the water in the water storage means by changing the operating pressure or operating temperature of the fuel cell system, from the normal operation, Control means for determining an operating pressure or an operating temperature in the water recovery operation such that an elapsed time from changing the operating pressure or operating temperature of the fuel cell system to transition to the water recovery operation is minimized. A fuel cell system.

前記制御手段は、前記水量検出手段によって検出された前記水貯留手段の水量が所定値よりも小さい場合には、前記水回収運転を開始することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control unit starts the water recovery operation when the amount of water in the water storage unit detected by the water amount detection unit is smaller than a predetermined value. .

前記制御手段は、前記水量検出手段によって検出された前記水貯留手段の水量の単位時間あたりの変化量を算出し、前記変化量が所定値よりも小さく前記水貯留手段の水量が減少傾向にある場合には、前記水回収運転を開始することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 The control unit calculates a change amount per unit time of the water amount of the water storage unit detected by the water amount detection unit, and the change amount is smaller than a predetermined value and the water amount of the water storage unit tends to decrease. 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the water recovery operation is started.

前記制御手段は、水回収速度を算出し、当該水回収速度に基づいて、前記水回収運転における燃料電池システムの運転圧力又は運転温度を決定することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の燃料電池システム。 4. The control unit according to claim 1, wherein the control means calculates a water recovery rate and determines an operating pressure or an operating temperature of the fuel cell system in the water recovery operation based on the water recovery rate. The fuel cell system according to any one of the above.

前記制御手段は、燃料電池システムの運転負荷に応じて水回収速度を算出することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 4, wherein the control unit calculates a water recovery rate according to an operation load of the fuel cell system.

前記制御手段は、前記水貯留手段の水量の減少速度に応じて水回収速度を算出することを特徴とする請求項４記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 4, wherein the control unit calculates a water recovery rate according to a rate of decrease in the amount of water in the water storage unit.

前記制御手段は、前記燃料電池から排出されたガスに含有される水量を算出し、前記排出されたガスに含有される水量が、前記水回収速度に相当する単位時間あたりの水量よりも大きくない場合には、警告報知又は燃料電池システムの運転停止処理を行うことを特徴とする請求項４〜請求項６の何れかに記載の燃料電池システム。 The control means calculates the amount of water contained in the gas discharged from the fuel cell, and the amount of water contained in the discharged gas is not larger than the amount of water per unit time corresponding to the water recovery rate. The fuel cell system according to any one of claims 4 to 6, wherein a warning notification or an operation stop process of the fuel cell system is performed.

取り込んだ空気を圧縮して吐出することによって前記燃料電池に空気を供給するコンプレッサと、
前記燃料電池に供給される空気圧力を調整する圧力調整弁と、
前記燃料電池から排出されるガスの圧力を検出するガス圧力検出手段とを備え、
前記制御手段は、前記ガス圧力検出手段によって検出される前記ガスの圧力を監視し、前記ガスの圧力が前記水回収運転における運転圧力となるように、前記コンプレッサの回転数と前記圧力調整弁の開度とを制御することを特徴とする請求項１〜請求項７の何れかに記載の燃料電池システム。 A compressor for supplying air to the fuel cell by compressing and discharging the taken-in air;
A pressure regulating valve for regulating the air pressure supplied to the fuel cell;
Gas pressure detection means for detecting the pressure of the gas discharged from the fuel cell,
The control means monitors the pressure of the gas detected by the gas pressure detection means, and the rotation speed of the compressor and the pressure regulating valve are adjusted so that the gas pressure becomes an operation pressure in the water recovery operation. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 7, wherein the opening degree is controlled.

前記燃料電池を冷却するために前記水貯留手段に貯留されている冷媒としての水を循環させるポンプと、
前記ポンプによって供給された前記冷媒としての水を冷却する冷却手段と、
前記冷却手段に対して前記冷媒としての水を冷却するために用いる外気を送気するファンと、
前記ガスの温度を検出するガス温度検出手段と、
前記燃料電池の上流における前記冷媒としての水の温度を検出する第１の冷媒温度検出手段と、
前記燃料電池の下流における前記冷媒としての水の温度を検出する第２の冷媒温度検出手段とを備え、
前記制御手段は、前記ガス温度検出手段によって検出される前記ガスの温度と前記第１の冷媒温度検出手段及び前記第２の冷媒温度検出手段によって検出される前記冷媒としての水の温度とを監視し、前記ガスの温度が前記水回収運転における運転温度となるように、前記ポンプの回転数と前記ファンの回転数とを調整して前記冷媒としての水の温度を制御することを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。 A pump for circulating water as a refrigerant stored in the water storage means to cool the fuel cell;
Cooling means for cooling water as the refrigerant supplied by the pump;
A fan for sending outside air used to cool water as the refrigerant to the cooling means;
Gas temperature detection means for detecting the temperature of the gas;
First refrigerant temperature detection means for detecting the temperature of water as the refrigerant upstream of the fuel cell;
Second refrigerant temperature detection means for detecting the temperature of water as the refrigerant downstream of the fuel cell,
The control means monitors the temperature of the gas detected by the gas temperature detection means and the temperature of water as the refrigerant detected by the first refrigerant temperature detection means and the second refrigerant temperature detection means. The temperature of the water as the refrigerant is controlled by adjusting the rotational speed of the pump and the rotational speed of the fan so that the temperature of the gas becomes the operating temperature in the water recovery operation. The fuel cell system according to claim 8.