JP6187431B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

従来の燃料電池システムとして、燃料ガス（水素）を燃料電池（燃料電池スタック）のアノードに供給する燃料ガス供給系に対して、燃料電池のアノードで消費されなかった燃料ガスを燃料ガス循環系に有する循環ポンプを介して燃料ガス供給系に循環させる燃料電池システムが開発されている。そして、この燃料ガス循環系を有する燃料電池システムの例として、特許文献１には、燃料ガス循環系の配管内壁に凝縮した液水を、循環ポンプの回転数を上昇させて排水させることにより、循環ポンプに対して過剰な液水が流入する可能性を低減することが開示されている。また、特許文献２には、循環ポンプ（水素ポンプ）の駆動に伴う音を、コンプレッサまたは燃料電池の負荷となるモータの駆動に伴う音によってマスクすることが開示されている。

特開２００７−１１５４６０号公報 特開２００８−１７１７７０号公報

しかし、例えば、低負荷での発電が長く継続する等、低負荷での燃料電池システムの運転が長く継続する場合、低回転での循環ポンプの動作が長く継続することになると、燃料電池の内部や、燃料ガス循環系、特に、気液分離器の出口から循環ポンプの吸入口までの部位に液水が滞留する場合がある。例えば、燃料電池と循環ポンプとの温度差による結露や、気液分離器内から循環ポンプが吸い上げること等によって、液水が滞留する場合がある。この滞留水の量が所定量を超えると、循環ポンプを高回転させる際に滞留水の循環ポンプへの噛み込みが発生し、循環ポンプの駆動に伴う音として異音の発生や大音量化等（以下、「異音等」とも呼ぶ）を招き、使用者への不快感や違和感、故障の心配等を与える、という課題がある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の一形態の燃料電池システムは、燃料電池と；前記燃料電池にアノードガスを供給するアノードガス供給流路と；前記燃料電池からアノードオフガスを排出するアノードガス排出流路と；前記アノードガス供給流路と前記アノードガス排出流路とを接続するアノードガス循環流路と；前記アノードガス循環流路に設けられ、前記アノードガス供給流路に供給する前記アノードオフガスの循環流量を調節可能な前記アノードオフガスを前記アノードガス供給流路に供給する循環デバイスと；前記循環デバイスに水分が滞留する場合は、前記循環デバイスの循環流量を制御して前記循環デバイスに滞留する水分を前記循環デバイスから排出する制御部と；を備える。前記制御部は、前記循環デバイスに滞留する水分量が所定値以上と判断された場合に、前記循環デバイスに滞留する水分を排出するために上昇させる前記循環デバイスの循環流量の上昇率を制限する。
この形態の燃料電池システムによれば、循環デバイスの循環流量をゆっくり上昇させることができ、アノードガス循環流路に滞留する水分が循環デバイスの内部に吸い込まれることを抑制することが可能であり、アノードガス循環流路に滞留する水分が循環デバイスの内部に吸い込まれたとしても、循環デバイスの作動音として異音等が発生することを抑制することが可能である。
上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記循環デバイスに滞留する水分を排出可能な循環流量における可能排水量と、前記循環デバイスに滞留する水分を排出不可な循環流量において前記循環デバイスに滞留する水分量との関係に基づいて、前記循環デバイスに滞留する水分量を推定することにより、前記循環デバイスに滞留する水分量が前記所定値以上となるか否か判断するとしてもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、循環デバイスに滞留する水分量を容易に推定することができ、循環デバイスに滞留する水分量が所定値以上となるか否か容易に判断することが可能である。
上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記循環流量を所定量以上に上昇させて前記循環デバイスに滞留する水分を前記循環デバイスから排出する場合には、前記循環デバイスによる前記循環流量の上昇率の制限を行なわないとしてもよい。
この形態の燃料電子システムによれば、所定量以上の循環流量とする場合、例えば、燃料電池に要求される発電量（出力電流量）が多く、アノードオフガスの循環流量の素早い増加が優先される状態において、循環流量の素早い増加が可能である。
その他、本発明は、以下の形態としても実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料電池と；前記燃料電池にアノードガスを供給するアノードガス供給流路と；前記燃料電池からアノードオフガスを排出するアノードガス排出流路と；前記アノードガス供給流路と前記アノードガス排出流路とを接続するアノードガス循環流路と；前記アノードガス循環流路に設けられ、前記アノードオフガスを前記アノードガス供給流路に供給する循環デバイスと；前記循環デバイスに水分が滞留する場合は、前記循環デバイスの循環流量を制御して前記水分を排出する制御部と；を備える。前記制御部は、前記循環デバイスに滞留する水分量が所定値以上と判断された場合に、前記循環デバイスの循環流量の上昇率を制限する。
この形態の燃料電池システムによれば、循環デバイスの循環流量をゆっくり上昇させることができ、アノードガス循環流路に滞留する水分が循環デバイスの内部に吸い込まれることを抑制することが可能であり、アノードガス循環流路に滞留する水分が循環デバイスの内部に吸い込まれたとしても、循環デバイスの作動音として異音等が発生することを抑制することが可能である。

（２）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記水分を排出可能な循環流量における可能排水量と、前記水分を排出不可な循環流量において滞留する水分量との関係に基づいて、前記循環デバイスに滞留する水分量を推定することにより、前記滞留する水分量が所定値以上となるか否か判断するとしてもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、循環デバイスに滞留する水分量を容易に推定することができ、滞留する水分量が所定値以上となるか否か容易に判断することが可能である。

（３）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記循環流量を所定量以上に上昇させて前記水分を排出する場合には、前記循環デバイスによる前記循環流量の上昇率の制限を行なわないとしてもよい。
この形態の燃料電子システムによれば、例えば、所定量以上の循環流量とする場合、例えば、燃料電池に要求される発電量（出力電流量）が多く、アノードオフガスの循環流量の素早い増加が優先される状態において、循環流量の素早い増加が可能である。

（４）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記循環デバイスは循環ポンプであり、前記制御部は、前記循環流量に対応する前記循環ポンンプの回転数の上昇率を制限することにより、前記循環流量の上昇率を制限するとしてもよい。

本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システム、燃料電池システムの制御方法等の種々の形態で実現することができる。

本発明の一実施形態としての燃料電池システムの構成を示す概略図である。 アノードガス循環系の水素循環用ポンプ及び気液分離部を拡大して示す説明図である。 水素循環用ポンプの回転数を上昇させる際の上昇レートを設定する処理について示すフローチャートである。 水噛み音の有無の判定の基本的な手法を示す説明図である。 排水継続時間と滞留継続時間の関係に基づく水噛み音の判定について示す説明図である。 水噛み音判定の具体例を示すフローチャートである。 初期値マップの例を示す説明図である。 判定閾値マップの例を示す説明図である。 水噛み判定および上昇レートの設定の具体例について示すタイムチャートである。

Ａ．実施形態：
図１は、本発明の一実施形態としての燃料電池システム１００の構成を示す概略図である。本実施形態において、燃料電池システム１００は車両（「燃料電池車両」とも呼ぶ）に搭載されている。燃料電池システム１００は、車両の運転者からのアクセル（不図示）による要求（以下、「アクセル位置」とも呼ぶ）に応じて、車両の動力源となる電力を出力する。

燃料電池システム１００は、燃料電池１０と、制御部２０と、カソードガス供給系３０と、カソードガス排出系４０と、アノードガス供給系５０と、アノードガス循環系６０と、冷媒循環系７０と、電力充放電系８０とを備える。

燃料電池１０は、燃料ガス（「アノードガス」とも呼ぶ）としての水素と酸化ガス（「カソードガス」とも呼ぶ）としての空気（厳密には酸素）の供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。以下、アノードガスとカソードガスとをまとめて「反応ガス」とも呼ぶ。燃料電池１０は、複数の単セル１１が積層されたスタック構造を有する。本実施形態において、燃料電池１０は、いわゆるカウンターフロー型の燃料電池であり、アノードガスとカソードガスが対抗して逆向きに流れる。通常、燃料電池１０は、各単セル１１の面に沿って、アノードガスが上側から下側を向いて流れ、カソードガスが下側から上側を向いて流れるように配置される。なお、燃料電池１０には、反応ガスや冷媒のためのマニホールドが積層方向に沿った貫通孔として形成されるが、図示は省略する。

単セル１１は、図示は省略するが、基本的に、発電体としての膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を、セパレータで挟持した構成を有している。ＭＥＡは、イオン交換膜からなる固体高分子型電解質膜（単に「電解質膜」とも呼ぶ）と、電解質膜のアノード側の面上に形成された触媒層及びガス拡散層からなるアノードと、電解質膜のカソード側の面上に形成された触媒層及びガス拡散層からなるカソードと、で構成される。また、セパレータとガス拡散層に接する面には、アノードガスやカソードガスを流す溝状のガス流路が形成されている。ただし、セパレータとガス拡散層との間に、ガス流路部が別途設けられる場合もある。

制御部２０は、以下に説明するカソードガス供給系３０と、カソードガス排出系４０と、アノードガス供給系５０と、アノードガス循環系６０と、冷媒循環系７０とを制御して、システムに対する外部からの出力要求に応じた電力を燃料電池１０に発電させる制御装置である。制御部２０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータを用いて、各種制御に対応するソフトウェアを実行し、全体制御部や、カソードガス供給系３０及びカソードガス排出系４０を制御するカソードガス制御部、アノードガス供給系５０及びアノードガス循環系６０を制御するアノードガス制御部、冷媒循環系７０を制御する冷媒制御部等を、ソフトウェア的な構成で実現することができる。

カソードガス供給系３０は、カソードガス配管３１と、エアコンプレッサ３２と、エアフロメータ３３と、開閉弁３４と、圧力計測部３５とを備える。カソードガス配管３１は、燃料電池１０のカソード側の供給用マニホールドに接続された配管である。

エアコンプレッサ３２は、カソードガス配管３１を介して燃料電池１０と接続されている。エアコンプレッサ３２は、外気を取り込んで圧縮した空気を、カソードガスとして燃料電池１０に供給する。エアフロメータ３３は、エアコンプレッサ３２の上流側において、エアコンプレッサ３２が取り込む外気の量を計測し、制御部２０に送信する。制御部２０は、この計測値に基づいて、エアコンプレッサ３２を駆動することにより、燃料電池１０に対する空気の供給量を制御する。

開閉弁３４は、エアコンプレッサ３２と燃料電池１０との間に設けられている。開閉弁３４は、通常、閉じた状態であり、エアコンプレッサ３２から所定の圧力を有する空気がカソードガス配管３１に供給されたときに開く。圧力計測部３５は、エアコンプレッサ３２から供給される空気の圧力を、燃料電池１０のカソード側の供給用マニホールドの入口近傍において計測し、制御部２０に出力する。

カソードガス排出系４０は、カソード排ガス配管４１と、調圧弁４３と、圧力計測部４４とを備える。カソード排ガス配管４１は、燃料電池１０のカソード側の排出用マニホールドに接続された配管である。カソード排ガス（「カソードオフガス」とも呼ぶ）は、カソード排ガス配管４１を介して、燃料電池システム１００の外部へと排出される。

調圧弁４３は、制御部２０によって、その開度が制御されており、カソード排ガス配管４１におけるカソード排ガスの圧力（燃料電池１０のカソード側の背圧）を調整する。圧力計測部４４は、調圧弁４３の上流側に設けられており、カソード排ガスの圧力を計測し、その計測結果を制御部２０に出力する。制御部２０は、圧力計測部４４の計測値に基づいて、調圧弁４３の開度を調整することにより、燃料電池１０に供給する空気の圧力を制御する。

アノードガス供給系５０は、アノードガス配管５１と、水素タンク５２と、開閉弁５３と、レギュレータ５４と、水素供給装置５５と、圧力計測部５６とを備える。水素タンク５２は、アノードガス配管５１を介して燃料電池１０のアノード側の供給用マニホールド（図示は省略）の入口と接続されており、タンク内に充填された水素を燃料電池１０に供給する。なお、アノードガス配管５１が本発明の「アノードガス供給流路」に相当する。

開閉弁５３と、レギュレータ５４と、水素供給装置５５と、圧力計測部５６とは、アノードガス配管５１に、この順序で、上流側（水素タンク５２側）から設けられている。開閉弁５３は、制御部２０からの指令により開閉し、水素タンク５２から水素供給装置５５の上流側への水素の流入を制御する。レギュレータ５４は、水素供給装置５５の上流側における水素の圧力を調整するための減圧弁であり、その開度が制御部２０によって制御される。

水素供給装置５５は、例えば、電磁駆動式の開閉弁であるインジェクタによって構成することができる。圧力計測部５６は、水素供給装置５５の下流側の水素の圧力を計測し、制御部２０に送信する。制御部２０は、圧力計測部５６の計測値に基づき、水素供給装置５５を制御することによって、燃料電池１０に供給される水素の流量を制御する。

アノードガス循環系６０は、アノード排ガス配管６１と、気液分離部６２と、アノードガス循環配管６３と、水素循環用ポンプ６４と、アノード排水配管６５と、排水弁６６と、圧力計測部６７と、温度計測部６８とを備える。アノードガス循環系６０は、発電反応に用いられることなく燃料電池１０のアノードから排出される未反応ガス（水素や窒素など）や排水を含むアノード排ガス（「アノードオフガス」とも呼ぶ）の循環および排出を行う。

アノード排ガス配管６１は、気液分離部６２と燃料電池１０のアノード側排出用マニホールド（図示は省略）の出口とを接続する配管である。気液分離部６２は、アノードガス循環配管６３とアノード排水配管６５とに接続されている。気液分離部６２は、アノード排ガスに含まれる気体成分と水分とを分離し、気体成分については、アノードガス循環配管６３へと誘導し、水分についてはアノード排水配管６５へと誘導する。なお、アノード排ガス配管６１が本発明の「アノードガス排出流路」に相当する。

アノードガス循環配管６３は、アノードガス配管５１の水素供給装置５５より下流に接続されている。アノードガス循環配管６３には、水素循環用ポンプ６４が設けられている。気液分離部６２において分離された気体成分に含まれる水素は、水素循環用ポンプ６４によってアノードガス配管５１へと送り出され、アノードガスとして再利用される。なお、アノードガス循環配管６３が本発明の「アノードガス循環流路」に相当する。また、水素循環用ポンプ６４が本発明の「循環デバイス」に相当する。

アノード排水配管６５は、気液分離部６２において分離された水分を燃料電池システム１００の外部へと排出するための配管である。アノード排水配管６５には、排水弁６６が設けられている。制御部２０は、通常は、排水弁６６を閉じておき、予め設定された所定の排水タイミングや、アノード排ガス中の不活性ガスの排出タイミングで排水弁６６を開く。

アノードガス循環系６０の圧力計測部６７は、アノード排ガス配管６１に設けられている。圧力計測部６７は、燃料電池１０の水素マニホールドの出口近傍において、アノード排ガスの圧力（燃料電池１０のアノード側の背圧）を計測し、制御部２０に送信する。制御部２０は、アノードガス循環系６０の圧力計測部６７の計測値や、前述したアノードガス供給系５０の圧力計測部５６の計測値に基づいて燃料電池１０に対する水素の供給を制御する。

また、アノードガス循環系６０の温度計測部６８は、外気の温度として、アノードガス循環系６０の周辺温度、特に、水素循環用ポンプ６４の周辺温度（外気温）を計測し、制御部２０に送信する。制御部２０は、温度計測部６８の計測値に基づいて、後述するように、水素循環用ポンプ６４の回転数を制御する。

冷媒循環系７０は、上流側配管７１ａと、下流側配管７１ｂと、ラジエータ７２と、冷媒循環用ポンプ７５と、上流側温度センサ７６ａと、下流側温度センサ７６ｂとを備える。上流側配管７１ａと下流側配管７１ｂとはそれぞれ、燃料電池１０を冷却するための冷媒を循環させる冷媒用配管である。上流側配管７１ａは、ラジエータ７２の入口と燃料電池１０の冷媒用排出用マニホールド（図示は省略）の出口とを接続する。下流側配管７１ｂは、ラジエータ７２の出口と燃料電池１０の冷媒用供給用マニホールド（図示は省略）の入口とを接続する。

ラジエータ７２は、冷媒用配管７１を流れる冷媒と外気との間で熱交換させることにより冷媒を冷却する。冷媒循環用ポンプ７５は、下流側配管７１ｂの途中に設けられ、ラジエータ７２において冷却された冷媒を燃料電池１０に送り出す。上流側温度センサ７６ａは上流側配管７１ａに設けられており、下流側温度センサ７６ｂは下流側配管７１ｂに設けられている。上流側温度センサ７６ａと下流側温度センサ７６ｂはそれぞれ、計測した冷媒の温度を制御部２０へ送信する。制御部２０は、上流側温度センサ７６ａと下流側温度センサ７６ｂの計測値（冷媒の温度）に基づいて、ラジエータ７２の動作を制御する。

電力充放電系８０は、負荷装置としての駆動モータ８２と、インバータ（ＩＮＶ）８４と、二次電池８６と、ＤＣ／ＤＣコンバータ８８とを備える。燃料電池１０は直流配線ＤＣＬを介してインバータ８４に電気的に接続されており、二次電池８６はＤＣ／ＤＣコンバータ８８を介して直流配線ＤＣＬに電気的に接続されている。

二次電池８６は、燃料電池１０の出力電力や、駆動モータ８２の回生電力によって充電され、燃料電池１０とともに電力源として機能する。二次電池８６は、例えばリチウムイオン電池で構成することができる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ８８は、制御部２０の指令に基づいて、燃料電池１０の電流・電圧を制御するとともに、二次電池８６の充・放電を制御し、直流配線ＤＣＬの電圧レベルを可変に調整する。インバータ８４は、燃料電池１０と二次電池８６とから得られた直流電力を交流電力へと変換し、駆動モータ８２に供給する。駆動モータ８２はアクセル位置に対応してインバータ８４から供給された電力に応じて、ギア等を介して接続された車輪ＷＬを駆動する。また、駆動モータ８２によって回生電力が発生する場合には、インバータ８４は、その回生電力を直流電力に変換し、ＤＣ／ＤＣコンバータ８８を介して二次電池８６に充電する。

以上説明した燃料電池システム１００は、制御部２０によって、カソードガス供給系３０及びカソードガス排出系４０や、アノードガス供給系５０及びアノードガス循環系６０、電力充放電系８０が制御されて、アクセル位置に応じて、車両の動力源となる電力を燃料電池１０から出力することができる。以下では、この燃料電池システム１００の作動中において、アノードガス循環系６０によるアノードガス（水素）の循環量を増加するために水素循環用ポンプ６４の回転数を上昇させる際の処理について説明を加える。

図２は、アノードガス循環系６０の水素循環用ポンプ６４及び気液分離部６２を拡大して示す説明図である。燃料電池１０の下部のアノード側の排出マニホールドの出口（不図示）に接続されたアノード排ガス配管６１は、気液分離部６２の下部に接続されている。気液分離部６２の鉛直方向上部に接続された第１のアノードガス循環配管６３ａは、水素循環用ポンプ６４の鉛直方向下部の吸入口６４１に接続されている。水素循環用ポンプ６４の上部の送出口６４４に接続された第２のアノードガス循環配管６３ｂは、アノードガス配管５１（不図示）に連結され、燃料電池１０の上部のアノード側の供給用マニホールドの入口（不図示）に接続されている。すなわち、水素循環用ポンプ６４は、下部の吸入口６４１から吸入された水素を上部の送出口６４４から送出する構造となるように配置されている。

上記水素循環用ポンプ６４の配置構造の場合、低回転の状態が継続した場合に、気液分離部６２から水素循環用ポンプ６４までの部位、すなわち、第１のアノードガス循環配管６３ａおよび水素循環用ポンプ６３の吸入口６４１に水分（「液水」あるいは単に「水」とも呼ぶ）が溜まり、水素循環用ポンプ６４内部にまで溢れる場合がある。この滞留する水分（「滞留水」とも呼ぶ）は、主に以下のようにして発生する。燃料電池１０の温度に対して水素循環用ポンプ６４の温度が低い場合に、その温度差によって結露水が生じる。そして、水素循環用ポンプ６４の回転数が低い場合、アノードガス循環配管６３を流れる水素の循環流量は、その回転数に応じて少なくなり、発生した結露水を持ち上げて送出口６４４から排出することができなくなる。このため、水素循環用ポンプ６４の下部、すなわち、第１のアノードガス循環配管６３ａおよび水素循環用ポンプ６４の吸入口６４１に水分が滞留していくことになる。なお、この他、気液分離部６２内に滞留した水分を水素循環用ポンプ６４が吸い上げてしまうことや、燃料電池１０から排出された水分が気液分離部６２で分離されて貯まることなく、直接、水素循環用ポンプ６４が吸い上げてしまうこと、水素循環用ポンプ６４の送出口６４４側からの液垂れ等によっても発生し得る。

上記滞留水が多くなると、水素循環用ポンプ６４の羽根車６４２，６４３に水の噛み込み（「水噛み」とも呼ぶ）が発生し、水素循環用ポンプ６４の作動音が変化し、異音等の発生を招くことになる。そこで、本実施形態の燃料電池システム１００では、以下で説明する処理を実行することにより異音等の発生を抑制する。

図３は、水素循環用ポンプ６４の回転数を上昇させる際の上昇レートを設定する処理について示すフローチャートである。この上昇レート（上昇速度，上昇率）の設定は、制御装置２０において、燃料電池１０に供給する水素の流量を多くするとともに、アノードガス循環系６０を流れるアノードオフガス（水素）の循環流量を多くするために、水素循環用ポンプ６４の回転数（以下、「ＨＰ回転数」とも呼ぶ）を上昇させる要求が発生した場合に、その要求に応じてＨＰ回転数を実際に上昇させる前に行われる。

ステップＳ１０では、ＨＰ回転数Ｒｈｐの要求値Ｒｈｐｒｑ（以下、「要求ＨＰ回転数」とも呼ぶ）が予め定めた第１の回転数ｒｐ〜第２の回転数ｒｕの範囲内であるか判断される。要求ＨＰ回転数Ｒｈｐｑｒが第１の回転数ｒｐよりも低いか第２の回転数ｒｕよりも高い場合には、ステップＳ３０において、回転数の上昇レートは、予め定めた通常レートＫｒａｔｔに設定され、設定された通常レートＫｒａｔｔに従ってＨＰ回転数Ｒｈｐの上昇が実行される。これに対して、要求ＨＰ回転数Ｒｈｐｒｑが第１の回転数ｒｐ〜第２の回転数ｒｕの範囲内であった場合には、ステップＳ２０において、「水噛み音有り」と判定されているか否か判断される。これは、ＨＰ回転数Ｒｈｐの上昇要求が発生する前までに、後述する水噛み音判定において「水噛み音有り」と判定されて、水噛み音フラグが立っているか否かで判断される。「水噛み音有り」と判定されていない場合には、ステップＳ３０において、回転数の上昇レートは通常レートＫｒａｔｔに設定され、設定された通常レートＫｒａｔｔに従ってＨＰ回転数の上昇が実行される。これに対して、「水噛み音有り」と判定されていた場合には、ステップＳ４０において、回転数の上昇レートは、予め定めた低レートＫｒａｔｄ（＜Ｋｒａｔｔ）に設定され、設定された低レートＫｒａｔに従ってＨＰ回転数の上昇が実行される。すなわち、「水噛み音有り」と判定されていた場合には、ＨＰ回転数の上昇が制限される。ＨＰ回転数の上昇が制限される効果については、後述する。

第１の回転数ｒｐは、上記滞留水を持ち上げて排出することが可能な循環流量に対応する回転数（以下、「排水可能回転数」とも呼ぶ）の下限値（以下、「排水可能回転数閾値」とも呼ぶ）である。第２の回転数ｒｕは、燃料電池１０に要求される発電量（出力電流量）が多く、水素の循環流量の素早い増加が優先される状態に対応する回転数である。なお、第２の回転数ｒｕが本発明の「所定量以上の循環流量」に対応する回転数である。

図４は、水噛み音の有無の判定の基本的な手法を示す説明図である。水噛み音の有無の判定は、基本的には、以下で説明する手法により行なうことができる。

まず、水素循環用ポンプ６４のＨＰ回転数Ｒｈｐが排水可能回転数（排水可能回転数閾値ｒｐ以上）の状態において、排出することができる水の量（以下、「可能排水量」とも呼ぶ）Ｖｄを推定する（ステップＳ５０）。次に、ＨＰ回転数Ｒｈｐが排水不可回転数（排水可能回転数閾値ｒｐ未満）の状態において、滞留していく水分量（以下、「滞留水量」とも呼ぶ）Ｖｒを推定する（ステップＳ６０）。水素の循環流量が閾値（排水可能回転数閾値ｒｐにおける循環流流量）以上の場合に滞留水を排出可能であり、閾値未満の場合に排出不可となる。そして、閾値以上の循環流量の履歴（時間変化）に応じて可能排水量を算出可能であり、閾値未満の循環流量の履歴（時間変化）に応じて滞留水量を算出可能である。

そして、上記、滞留水量Ｖｒの推定とともに、可能排水量Ｖｄに対する滞留水量Ｖｒの収支計算を行なうことにより、水素循環用ポンプ６４の吸入口６４１の滞留水量が予め定めた滞留水閾値Ｖｔｈに達した際に、「水噛み音有り」と判定する（ステップＳ７０）。そして、「水噛み音有り」と判定された場合には、次に、ＨＰ回転数Ｒｈｐを排水不可回転数の状態から排水可能回転数へ上昇させる際に、上記したように（図３参照）、「水噛み音有り」の判定がなされていたか否かに応じた上昇レートの設定が行われ、設定された上昇レートでの回転数の上昇が実行される。なお、滞留水閾値Ｖｔｈは、判定のマージン等を考慮して、水素循環用ポンプ６４の吸入口６４１の容量Ｖｐ未満の任意の値に設定される。本例では、図２に示すように、Ｖｔｈ＝Ｖｐ／２に設定されているものとする。なお、滞留水閾値Ｖｔｈが本発明の「滞留する水分量の所定値」に相当する。

ここで、可能排水量Ｖｄは次式（１）で表すことができ、滞留水量Ｖｒは次式（２）で表すことができる。
Ｖｄ＝ｋｄ・ｔｄ …（１）
Ｖｒ＝ｋｒ・ｔｒ …（２）
ｋｄは、例えば、排水可能回転数のＨＰ回転数Ｒｈｐに対応する循環流量、及び、温度計測部６８で計測される水素循環用ポンプ６４の周辺温度Ｔｒ、から推定される排水速度を表す定数である。ｔｄは、排水可能回転数の回転数Ｒｈｐの継続時間（「排水継続時間」とも呼ぶ）である。また、ｋｒは、例えば、排水不可回転数のＨＰ回転数Ｒｈｐに対応する循環流量、及び、水素循環用ポンプ６４の周辺温度Ｔｒ、から推定される滞留水速度を表す定数である。ｔｒは、排水不可回転数の継続時間（「滞留継続時間」とも呼ぶ）である。なお、水素循環用ポンプ６４の周辺温度Ｔｒは温度計測部６８（図１）によって計測された温度である。

上式（１），（２）から分かるように、排水継続時間ｔｄと可能排水量Ｖｄ及び滞留継続時間ｔｒと滞留水量Ｖｒは、それぞれ、比例関係にある。そこで、実際に可能排水量及び滞留水量を推定するのではなく、排水継続時間ｔｄと滞留継続時間ｔｒの関係から水噛み音の判定を行なうことが可能である。

図５は、排水継続時間ｔｄと滞留継続時間ｔｒの関係に基づく水噛み音の判定について示す説明図である。図５の実線で示す曲線は、水素循環用ポンプ６４の周辺温度（「ＨＰ周辺温度」とも呼ぶ）Ｔｒ＝Ｔａにおいて、排水継続時間ｔｄと、水素循環用ポンプ６４の吸入口６４１に滞留水閾値Ｖｔｈまで水が溜まる滞留継続時間ｔｒとの関係を示している。排水継続時間ｔｄと滞留継続時間ｔｒとの関係が、実線よりも下の領域（斜線で示す領域）にある場合は、吸入口６４１の滞留水が滞留水閾値Ｖｔｈに到達していないと推定されるので、水噛みの可能性は小さく「水噛み音無し」と判定することが可能と考えられる。これに対して、実線以上の領域にある場合は、吸入口６４１の滞留水が滞留水閾値Ｖｔｈ以上となっていると推定されるので、水噛みの可能性は大きく「水噛み音有り」と判定することが可能と考えられる。

そこで、図５に示した実線のデータを水素循環用ポンプ６４の周辺温度Ｔｒごとにマップ（「判定閾値マップ」とも呼ぶ）として予め用意しておき、水素循環用ポンプ６４の周辺温度Ｔｒに応じた判定閾値マップから、排水継続時間ｔｄに対応する滞留継続時間ｔｒを判定閾値として取得し、実際の滞留継続時間と判定閾値とを比較することにより、水噛み音を判定することが可能である。

図６は、水噛み音判定の具体例を示すフローチャートである。この水噛み音判定は、燃料電池システム１００の作動中において制御装置２０によって継続して実施される。この水噛み音判定の処理が開始されると、まず、水素循環用ポンプ６４の要求ＨＰ回転数Ｒｈｐｒｑの変化が判断される（ステップＳ１１０，Ｓ１２０）。

要求ＨＰ回転数Ｒｈｐｒｑが排水可能回転数閾値ｒｐ未満の排水不可回転数への変化の要求であった場合には、ステップＳ１３０へ移行し、ステップＳ１３０において、要求ＨＰ回転数Ｒｈｐｒｑが排水可能回転数閾値ｒｐ以上の排水可能回転数への変化の要求が発生したと判断されるまで、ステップＳ１４０〜ステップＳ１７０が繰り返し実行される。

これに対して、要求ＨＰ回転数Ｒｈｐｒｑが排水可能回転数閾値ｒｐ以上の排水可能回転数への変化の要求であった場合には、ステップＳ１８０へ移行し、ステップＳ１８０の実行後、ステップＳ１９０において、要求ＨＰ回転数Ｒｈｐｒｑが排水可能回転数閾値ｒｐ未満の排水不可回転数への変化の要求が発生したと判断されるまで、ステップＳ２００〜ステップＳ２２０が繰り返し実行される。

なお、ステップＳ１３０において、要求ＨＰ回転数Ｒｈｐｒｑが排水可能回転数閾値ｒｐ以上の排水可能回転数への変化となったと判断された場合には、要求ＨＰ回転数Ｒｈｐｒｑが排水可能回転数閾値ｒｐ以上の排水可能回転数への変化の要求であった場合に実行される側の処理（ステップＳ１８０〜ステップＳ２２０）へ移行される。同様に、ステップＳ１９０において、要求ＨＰ回転数Ｒｈｐｒｑが排水可能回転数閾値ｒｐ未満の排水不可回転数への変化となったと判断された場合には、要求ＨＰ回転数Ｒｈｐｒｑが排水可能回転数ｒｐ未満の排水不可回転数への変化の要求であった場合に実行される側の処理（ステップＳ１３０〜ステップＳ１７０）へ以降される。

まず、要求ＨＰ回転数Ｒｈｐｒｑが排水可能回転数ｒｐ未満の排水不可回転数への変化の要求であった場合に実行される側の処理（ステップＳ１３０〜ステップＳ１７０）について説明する。

要求ＨＰ回転数Ｒｈｐｒｑが排水可能回転数閾値ｒｐ未満の排水不可回転数への変化の要求であった場合（ステップＳ１２０あるいはステップＳ１９０）、ステップＳ１４０では排水不可回転数の継続時間ｔｒｃが計測され、ステップＳ１５０では継続時間ｔｒｃが滞留継続時間ｔｒとして設定される。そして、ステップＳ１６０では滞留継続時間ｔｒが判定閾値Ｓｔｈ以上であるか否か判断され、滞留継続時間ｔｒが判定閾値Ｓｔｈ以上となった時点で、ステップＳ１７０において「水噛み音有り」と判定され、その水噛み判定フラグが立つ。そして、ステップＳ１４０〜ステップＳ１７０は、ステップＳ１３０において、要求ＨＰ回転数Ｒｈｐｒｑが排水可能回転数閾値ｒｐ以上の排水可能回転数への変化となったと判断されるまで繰り返される。

なお、判定閾値Ｓｔｈは、要求ＨＰ回転数Ｒｈｐｒｑが排水不可回転数に変化する前に実行されていた排水可能回転数のＨＰ回転数Ｒｈｐにおける排水継続時間ｔｄにおいて、水素循環用ポンプ６４の吸入口６４１（図２参照）に滞留水閾値Ｖｔｈの水分（滞留水）が溜まる滞留継続時間ｔｒ（図５参照）であり、後述するステップＳ１７０において取得される。この判定閾値Ｓｔｈは、初期状態においては、あらかじめ設定された任意の初期値に設定されている。

次に、要求ＨＰ回転数Ｒｈｐｒｑが排水可能回転数ｒｐ以上の排水可能回転数への変化の要求であった場合に実行される側の処理（ステップＳ１８０〜ステップＳ２２０）について説明する。

要求ＨＰ回転数Ｒｈｐｒｑが排水可能回転数閾値ｒｐ以上の排水可能回転数への変化の要求であった場合（ステップＳ１１０あるいはステップＳ１３０）、ステップＳ１８０では、排水継続時間ｔｄのカウントの初期値ｔｓが設定される。初期値ｔｓは、要求ＨＰ回転数Ｒｈｐｒｑが排水可能回転数に変化する前に実行されていた排水不可回転数のＨＰ回転数Ｒｈｐにおける滞留継続時間ｔｒ及び判定閾値Ｓｔｈから求められる滞留水余裕時間（Ｓｔｈ−ｔｒ）に対応する排水継続時間ｔｄである。滞留水余裕時間（Ｓｔｈ−ｔｒ）は、滞留継続時間ｔｒの間に滞留した水分（滞留水）に対して、滞留水閾値Ｖｔｈまで、さらに溜めることが可能な水分量（滞留水余裕量）に相当する時間である。なお、この初期値ｔｓは、予め用意されている水素循環用ポンプ６４の周辺温度Ｔｒごとのマップ（「初期値マップ」とも呼ぶ）のうち、温度計測部６８で計測された水素循環用ポンプ６４の周辺温度Ｔｒに応じた初期値マップを用いて、滞留水余裕時間（Ｓｔｈ−ｔｒ）に対応する排水継続時間ｔｒを取得することにより、設定される。

図７は、初期値マップの例を示す説明図である。この初期値マップは、滞留水余裕時間（Ｓｔｈ−ｔｒ）と、滞留水余裕時間（Ｓｔｈ−ｔｒ）を排水できる排水継続時間ｔｄとの関係を示しており、水素循環用ポンプ６４の周辺温度Ｔｒごとに用意される。図７には、Ｔｒ＝Ｔａ、Ｔｒ＝Ｔｂ（＞Ｔａ）、及びＴｒ＝Ｔｃ（＜Ｔａ）の例が示されている。なお、マップが用意されていない周辺温度Ｔｒの場合には、あらかじめ定めたルールに従って、上側あるいは下側の用意されている周辺温度Ｔｒのマップを利用すればよい。例えば、周辺温度が氷点以上である場合には、下側の温度のマップを利用し、氷点下の場合は上側の温度のマップを利用すればよい。

そして、ステップＳ２００では排水可能回転数のＨＰ回転数の継続時間ｔｄｃが計測され、ステップＳ２１０では初期値ｔｓにＨＰ回転数の継続時間ｔｄｃを加算した時間が排水継続時間ｔｄとして設定され、ステップＳ２２０では排水継続時間ｔｄに対応する判定閾値Ｓｔｈが更新される。そして、ステップＳ２００〜ステップＳ２２０は、ステップＳ１９０において、要求ＨＰ回転数Ｒｈｐｒｑが排水可能回転数ｒｐ未満の排水不可回転数への変化となったと判断されるまで繰り返される。従って、ステップＳ１６０において使用される判定閾値Ｓｔｈは、要求ＨＰ回転数Ｒｈｐｑｒが排水不可回転数への変化となる直前に更新された値である。

判定閾値Ｓｔｈは、上述したように、排水継続時間ｔｄにおいて、水素循環用ポンプ６４の吸入口６４１に滞留水閾値Ｖｔｈの水分（滞留水）が溜まる滞留継続時間ｔｒである。この判定閾値Ｓｔｈは、予め用意されている、水素循環用ポンプ６４の周辺温度Ｔｒごとの判定閾値マップのうち、温度計測部６８で計測された水素循環用ポンプ６４の周辺温度Ｔｒに応じた判定閾値マップを用いて、排水継続時間ｔｄに対応する滞留継続時間ｔｒを取得することにより、更新される。

図８は、判定閾値マップの例を示す説明図である。この判定閾値マップは、排水継続時間ｔｄと、水素循環用ポンプ６４の吸入口６４１に滞留水閾値Ｖｔｈの水分（滞留水）が溜まる滞留継続時間ｔｒとの関係を示しており、水素循環用ポンプ６４の周辺温度Ｔｒごとに用意される。なお、図８には、Ｔｒ＝Ｔａ、Ｔｒ＝Ｔｂ（＞Ｔａ）、及びＴｒ＝Ｔｃ（＜Ｔａ）の例が示されている。なお、マップが用意されていない周辺温度Ｔｒの場合には、あらかじめ定めたルールに従って、上側あるいは下側の用意されている周辺温度Ｔｒのマップを利用すればよい。例えば、周辺温度が氷点以上である場合には、下側の温度のマップを利用し、氷点下の場合は上側の温度のマップを利用すればよい。

なお、図７の初期値マップおよび図８の判定閾値マップは、実際に測定することによりあらかじめ求めておくことができる。なお、図７の初期値マップについては、図８の判定閾値間マップから導き出すことも可能である。

図９は、水噛み判定および上昇レートの設定の具体例について示すタイムチャートである。このタイムチャートは、図９（ａ）は水素循環用ポンプ６４への要求ＨＰ回転数Ｒｈｐｒｑを示し、図９（ｂ）は水素循環用ポンプ６４のＨＰ回転数Ｒｈｐを示し、図９（ｃ）はＨＰ回転数Ｒｈｐに応じて変化する水素循環用ポンプ６４の吸入口６４１内の残水（「ＨＰ内残水」とも呼ぶ）を示している。なお、図９（ａ）に示すように、要求ＨＰ回転数Ｒｈｐｒｑとしては、時刻ｔ０を開始タイミングとして、排水可能回転数としての排水可能回転数閾値ｒｐ（本例では１８００ｒｐｍ）と、排水不可回転数としての６００ｒｐｍと、が交互に発生する場合を例として示している。また、図９（ｃ）に示すように、ＨＰ内残水としては、開始タイミングの時刻ｔ０において、滞留水閾値Ｖｔｈ（満水容量Ｖｐの１／２）の水分が溜まっていたものとして示している。

図９（ａ）に示すように、時刻ｔ０で要求ＨＰ回転数Ｒｈｐｒｑが６００ｒｐｍ（排水不可回転数）から１８００ｒｐｍ（排水可能回転数）に変化する際には、上昇レートが設定され（図３参照）、ＨＰ内残水の余裕量に対応する排水継続時間ｔｄの初期値ｔｓが設定される（図６のステップＳ１８０参照）。そして、図９（ｂ）に示すように、設定された上昇レートでＨＰ回転数Ｒｈｐが上昇する。なお、ここでは、初期状態として水噛み音の判定はなされておらず、水噛みフラグが立っていないものとして、上昇レートは通常レートＫｒａｔｔ（本例では、６０００ｒｐｍ／１ｓｅｃ）に設定されているものとする。また、時刻ｔ０におけるＨＰ内残水は上述したように滞留水閾値Ｖｔｈでるので、滞留水余裕時間（Ｓｔｈ−ｔｒ）は０であるとし、初期値ｔｓは０に設定されるものとする。

そして、図９（ｂ）に示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの６０ｓｅｃの継続時間ｔｄｃにおいて、ＨＰ回転数Ｒｈｐは１８００ｒｐｍの排水可能回転数の状態を継続し、図９（ｃ）に示すように、ＨＰ内残水は継続時間ｔｄｃに応じた排水量に対応する滞留水が排出されて減少する。ここでは、ＨＰ内残水は、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの間に滞留水閾値Ｖｔｈから０まで減少する状態を示している。

さらに、図９（ａ）に示すように、時刻ｔ１で要求ＨＰ回転数Ｒｈｐｒｑが１８００ｒｐｍから６００ｒｐｍに変化する際に、排水継続時間ｔｄ（＝継続時間ｔｄｃ＋初期値ｔｓ）に対応する滞留継続時間ｔｒが判定閾値Ｓｔｈとして設定される（図６のステップＳ１９０〜ステップＳ２２０参照）。なお、ＨＰ回転数が下降する場合の下降レートについては特に限定はない。上昇レートの通常レートＫｒａｔと同様の下降レート、例えば、−６０００ｒｐｍ／１ｓｅｃとすることができる。

そして、図９（ｂ）に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの７０ｓｅｃの継続時間ｔｒｃにおいて、ＨＰ回転数Ｒｈｐは６００ｒｐｍの排水不可回転数の状態を継続し、図９（ｃ）に示すように、ＨＰ内残水は継続時間ｔｒｃに応じた量の滞留水が溜まっていき、ＨＰ内残水が増加する。

滞留水が溜まっていく過程において、滞留水量に対応する滞留継続時間ｔｒ（継続時間ｔｒｃに相当する）が、滞留水閾値Ｖｔｈに対応する判定閾値Ｓｔｈと比較される。滞留継続時間ｔｒ（＝ｔｒｃ）が判定閾値Ｓｔｈ未満である間においては「水噛み音無し」と判定され、滞留継続時間ｔｒが判定閾値Ｓｔｈ以上となった時点以降においては「水噛み音有り」と判定される。ここでは、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間において、ＨＰ内残水は、滞留水閾値Ｖｔｈまで到達せずに余裕がある状態となっており、「水噛み音無し」と判定される状態を示している。

そこで、図９（ａ）に示すように、時刻ｔ２で要求ＨＰ回転数Ｒｈｐｒｑが６００ｒｐｍの排水不可回転数から１８００ｒｐｍの排水可能回転数に変化する際には、ＨＰ回転数の上昇レートは通常レートＫｒａｔｔに設定され（図３参照）、設定された通常レートＫｒａｔｔでＨＰ回転数が上昇する。また、時刻ｔ０の場合と同様に、排水継続時間ｔｄの初期値ｔｓが設定される（図６のステップＳ１８０参照）。ここでは、滞留水継続時間ｔｒが判定閾値Ｓｔｈ未満であるので、滞留水余裕時間（Ｓｔｈ−ｔｒ）に対応する滞留水余裕（「残水余裕」とも呼ぶ）があり、この滞留水余裕時間（Ｓｔｈ−ｔｒ）に応じた正の初期値ｔｓが設定される（図７参照）。

そして、図９（ｂ）に示すように、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの４０ｓｅｃの継続時間ｔｄｃにおいて、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの場合と同様に、ＨＰ回転数Ｒｈｐは１８００ｒｐｍの排水可能回転数の状態を継続し、図９（ｃ）に示すように、ＨＰ内残水は継続時間ｔｄｃに応じた排水量に対応する滞留水が排出されて減少する。ここでは、時刻ｔ２における残水余裕分があるため、ＨＰ内残水は、その分だけ早期に０まで減少することとなり、時刻ｔ３の手前で０まで減少している状態を示している。

さらに、図９（ａ）に示すように、時刻ｔ３で要求ＨＰ回転数Ｒｈｐｒｑが１８００ｒｐｍの排水可能回転数から６００ｒｐｍの排水不可回転数に変化する際には、時刻ｔ１の場合と同様に、排水継続時間ｔｄ（＝継続時間ｔｄｃ＋初期値ｔｓ）に対応する滞留継続時間ｔｒが判定閾値Ｓｔｈとして設定される（図６のステップＳ１９０〜ステップＳ２２０参照）。

そして、図９（ｂ）に示すように、時刻ｔ３から時刻ｔ５までの１１０ｓｅｃの継続時間ｔｒｃにおいて、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの場合と同様に、ＨＰ回転数Ｒｈｐは６００ｒｐｍの排水不可回転数の状態を継続し、図９（ｃ）に示すように、ＨＰ内残水は継続時間ｔｒｃに応じた量の滞留水が溜まっていき、ＨＰ残水が増加する。

滞留水が溜まっていく過程において、滞留継続時間ｔｒ（継続時間ｔｒｃ）が判定閾値Ｓｔｈと比較され、水噛み音の判定が行われる。ここでは、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの９６ｓｅｃの継続時間が経過したときに、ＨＰ内残水が滞留水閾値Ｖｔｈに到達し、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間において「水噛み音有り」と判定される状態を示している。

次に、図９（ａ）に示すように、時刻ｔ５で要求ＨＰ回転数Ｒｈｐｒｑが６００ｒｐｍの排水不可回転数から１８００ｒｐｍの排水可能へ変化する際には、時刻ｔ４で「水噛み音有り」と判定されているため、上昇レートは低レートＫｒａｔｄに設定される（図３参照）。ＨＰ回転数Ｒｈｐは、図９（ｂ）に示すように、設定された低レートＫｒａｔｄでゆっくり上昇し、時刻ｔ６で目標の１８００ｒｐｍに到達する。すなわち、ＨＰ回転数の上昇が制限される。また、時刻ｔ０，ｔ２の場合と同様に、排水継続時間ｔｄの初期値ｔｓが設定される（図６のステップＳ１８０参照）。ここでは、図９（ｂ）に示すように、滞留継続時間ｔｒが判定閾値Ｓｔｈよりも大きくなっているので、滞留水余裕時間（Ｓｔｈ−ｔｒ）は負となり、滞留水閾値Ｖｔｈよりも多い滞留水がＨＰ内残水となっている。このため、この負の滞留水余裕時間（Ｓｔｈ−ｔｒ）に応じた負の初期値ｔｓが設定される（図７参照）。そして、１８００ｒｐｍの排水可能回転数に変化後は、その継続時間に応じた排水量に対応する滞留水が排出されて減少する。

以上説明したように、時刻ｔ５において要求ＨＰ回転数Ｒｈｐｒｑが６００ｒｐｍの排水不可回転数から１８００ｒｐｍの排水可能回転数へ上昇する際において、水噛み音有り」と判定されていた場合には、低レートＫｒａｔｄに制限された上昇レートでＨＰ回転数をゆっくり上昇させることにより、ＨＰ内での水噛みの発生を抑制しつつ、ＨＰ回転数Ｒｈｐを上昇させて、滞留水の排水を開始することが可能となる。また、ＨＰ回転数を低レートＫｒａｔｄで制限した状態でゆっくり上昇させるので、仮に、水噛みが発生したとしても、異音等の発生を抑制することが可能である。

Ｂ．変形例：
（１）変形例１
上記実施形態において、燃料電池１０は、いわゆるカウンターフロー型を採用している。しかし、本発明は、これに限られず、いわゆるコフロー型や、いわゆるクロスフロー型を採用してもよい。

（２）変形例２
上記実施形態において、制御部２０は、マイクロコンピュータを用いて、各種制御に対応するソフトウェアを実行し、全体制御部や、カソードガス供給系３０及びカソードガス排出系４０を制御するカソードガス制御部、アノードガス供給系５０及びアノードガス循環系６０を制御するアノードガス制御部、冷媒循環系７０を制御する冷媒制御部等を、ソフトウェア的な構成で実現する構成として説明した。しかしながら、制御部２０は、カソード制御部やアノード制御部、冷媒制御部等の各制御部を、それぞれ、専用の処理回路により、ハードウェア的な構成で実現するようにしてもよい。

（３）変形例３
上記実施形態における水噛み音判定の具体例では、図５，６に示したように、可能排水量Ｖｄおよび滞留水量Ｖｒに対応する排水継続時間ｔｄおよび滞留継続時間ｔｒにより水素循環用ポンプ６４の吸入口６４１の滞留水量が滞留水閾値Ｖｔｈ（所定量）まで溜まるか否か推定して水噛み音判定を行っている。これに対して、可能排水量Ｖｄおよび滞留水量Ｖｒにより水素循環用ポンプ６４の吸入口６４１の滞留水量が滞留水閾値Ｖｔｈ（所定量）まで溜まるか否か推定して水噛み音判定を行なうようにしてもよい。すなわち、水噛み音判定は、上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、図４に示した水噛み音判定の基本的な手法を実現することができるものであれば、その具体的な方法に限定はない。

なお、排水継続時間ｔｄおよび滞留継続時間ｔｒではなく可能排水量Ｖｄおよび滞留水量Ｖｒにより水噛み音判定を行なう場合、一例として、図６の水噛み音判定のうち、以下で説明する処理の追加および変更を行って実行するようにしてもよい。

図６のステップＳ１５０とステップＳ１６０の間に、上式（２）に基づいて滞留水量Ｖｒを求める処理を加え、ステップＳ１６０を、求めた滞留水量Ｖｒが判定閾値Ｓｔｈと比較される処理に変更する。ステップＳ１８０を可能排水量Ｖｄの初期値Ｖｓを設定する処理に変更する。ステップＳ２００とステップＳ２１０の間に、上式（１）に基づいて可能排水量Ｖｄｃを求める処理を加え、ステップＳ２１０を、Ｖｄ＝Ｖｓ＋Ｖｄｃに変更する。

ステップＳ１８０の初期値Ｖｓは、予め用意されている、水素循環用ポンプ６４の周辺温度Ｔｒごとの、滞留水余裕量（Ｓｔｈ−Ｖｒ）と可能排水量Ｖｄとの関係を示す初期値マップから、滞留水余裕量（Ｓｔｈ−Ｖｒ）に対応する可能排水量Ｖｄを求めて、設定されるようにすればよい。ステップＳ２２０の判定閾値Ｓｔｈは、予め用意されている、水素循環用ポンプ６４の周辺温度Ｔｒごとの、可能排水量Ｖｄと、水素循環用ポンプ６４の吸入口６４１に滞留水閾値Ｖｔｈの水分（滞留水）が溜まる滞留水量Ｖｒとの関係を示す判定閾値マップから、可能排水量Ｖｄに対応する滞留水量Ｖｒを求めて、更新されるようにすればよい。

（４）変形例４
上記実施形態では、水素循環用ポンプ６４の回転数の上昇レート（上昇率）を低レートに設定するものとしたが、複数段の制限した回転数で段階的に回転数を上昇させていくようにしてもよい。すなわち、水素循環用ポンプ６４の回転数の上昇レート（上昇率）を制限するようにすればよい。

（５）変形例５
上記実施形態では、温度計測部６８により計測した水素循環用ポンプ６４の周辺温度Ｔｒに基づいて初期値マップおよび判定閾値マップを選択するものとして説明したが、外気温を計測し、計測した外気温を水素循環用ポンプ６４の周辺温度Ｔｒに代えてもよい。水素循環用ポンプ６４の温度として扱うことが可能な温度であればよい。

（６）変形例６
上記実施形態では、水素循環用ポンプ６４を用いて、その回転数の上昇レートを制限する場合を例に説明した。しかしながら、水素循環用ポンプ６４の回転数は、アノードガス循環系６０の循環流量に対応するものであるので、水素循環用ポンプ６４に限定されるものではなく、アノードガス循環系６０の循環流量を調整可能な循環デバイスであればよく、その循環流量の上昇レートを制限するようにすればよい。

本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…燃料電池
１１…単セル
２０…制御部
３０…カソードガス供給系
３１…カソードガス配管
３２…エアコンプレッサ
３３…エアフロメータ
３４…開閉弁
３５…圧力計測部
４０…カソードガス排出系
４１…カソード排ガス配管
４３…調圧弁
４４…圧力計測部
５０…アノードガス供給系
５１…アノードガス配管
５２…水素タンク
５３…開閉弁
５４…レギュレータ
５５…水素供給装置
５６…圧力計測部
６０…アノードガス循環系
６１…アノード排ガス配管
６２…気液分離部
６３，６３ａ，６３ｂ…アノードガス循環配管
６４…水素循環用ポンプ
６５…アノード排水配管
６６…排水弁
６７…圧力計測部
６８…温度計測部
７０…冷媒循環系
７１…冷媒用配管
７１ａ…上流側配管
７１ｂ…下流側配管
７２…ラジエータ
７５…冷媒循環用ポンプ
７６ａ…上流側温度センサ
７６ｂ…下流側温度センサ
８０…電力充放電系
８２…駆動モータ
８４…インバータ
８６…二次電池
８８…ＤＣ／ＤＣコンバータ
１００…燃料電池システム
ＷＬ…車輪
ＤＣＬ…直流配線

Claims (4)

1. 燃料電池システムであって、
   燃料電池と、
   前記燃料電池にアノードガスを供給するアノードガス供給流路と、
   前記燃料電池からアノードオフガスを排出するアノードガス排出流路と、
   前記アノードガス供給流路と前記アノードガス排出流路とを接続するアノードガス循環流路と、
   前記アノードガス循環流路に設けられ、前記アノードガス供給流路に供給する前記アノードオフガスの循環流量を調節可能な前記アノードオフガスを前記アノードガス供給流路に供給する循環デバイスと、
   前記循環デバイスに水分が滞留する場合は、前記循環デバイスの循環流量を制御して前記循環デバイスに滞留する水分を前記循環デバイスから排出する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記循環デバイスに滞留する水分量が所定値以上と判断された場合に、前記循環デバイスに滞留する水分を排出するために上昇させる前記循環デバイスの循環流量の上昇率を制限する、燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムであって
   前記制御部は、前記循環デバイスに滞留する水分を排出可能な循環流量における可能排水量と、前記循環デバイスに滞留する水分を排出不可な循環流量において前記循環デバイスに滞留する水分量との関係に基づいて、前記循環デバイスに滞留する水分量を推定することにより、前記循環デバイスに滞留する水分量が前記所定値以上となるか否か判断する、燃料電池システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムであって、
   前記制御部は、前記循環流量を所定量以上に上昇させて前記循環デバイスに滞留する水分を前記循環デバイスから排出する場合には、前記循環デバイスによる前記循環流量の上昇率の制限を行なわない、燃料電池システム。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
   前記循環デバイスは循環ポンプであり、
   前記制御部は、前記循環流量に対応する前記循環ポンプの回転数の上昇率を制限することにより、前記循環流量の上昇率を制限する、燃料電池システム。

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