JP2008146938A

JP2008146938A - 燃料電池システム

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Publication number: JP2008146938A
Application number: JP2006330971A
Authority: JP
Inventors: Shinji Aso; 真司麻生
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-12-07
Filing date: 2006-12-07
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2026-12-07
Also published as: JP5187477B2

Abstract

【課題】燃料電池システムの掃気に用いる補機類の騒音を低減すること。
【解決手段】燃料電池２０の掃気処理時に、制御部８０により、補機類として、水素ポンプ４３とエアコンプレッサ７５を選択するとともに、温度センサ３２の検出温度を基に補機類の回転数を決定し、選択した水素ポンプ４３とエアコンプレッサ７５の回転数を、燃料電池２０の温度が高い程、低くする制御を実行するとともに、バイパスバルブ８２を開く制御を実行し、燃料電池２０に対して、回転数の低下した水素ポンプ４３の駆動に従った水素ガスを供給するとともに、回転数の低下したエアコンプレッサ７５の駆動に従った空気を、バイパス流路８１を介して供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池の掃気に用いる補機類を備えた燃料電池システムに関する。

水素と酸素との電気化学反応を利用して発電する燃料電池としては、例えば、固体高分子型燃料電池がある。この固体高分子型燃料電池は、複数のセルを積層することで構成されたスタックを備えている。スタックを構成するセルは、アノード（燃料極）とカソード（空気極）とを備えており、これらのアノードとカソードとの間には、イオン交換基としてスルフォンサン基を有する固体高分子電解質膜が介在している。

アノードには燃料ガス（水素ガスまたは炭化水素を改質して水素リッチにした改質水素）を含む燃料ガスが供給され、カソードには酸化剤として酸素を含むガス、一例として、空気が供給される。アノードに燃料ガスが供給されることで、燃料ガスに含まれる水素がアノードを構成する触媒層の触媒と反応し、これによって水素イオンが発生する。発生した水素イオンは固体高分子電解質膜を通過して、カソードで酸素と電気反応を起こす。この電気化学反応によって発電が行われる構成となっている。

ところで、固体高分子型燃料電池を動力源とする燃料電池システムにおいて、システムの運転を停止すると、燃料電池の温度が下がり、高温多湿の状態にあった燃料電池内部の水分が凝結して結露したり、凍結したりすることがある。結露が生じたままにしておくと、次回の起動時に、燃料極通路（燃料ガス通路）が結露によって閉塞され、起動時間が長くなることがある。このため、システムの運転を停止するに際しては、水素ガスの加湿量を通常運転時よりも低下させ、湿度の低下した水素ガスで燃料極通路をパージする掃気処理を行うとともに、停止時の残水量が多い程、掃気時間を長く設定することが行われている（特許文献１参照）。

特開２００３−２９７３９９号公報

しかし、システムの運転停止時に、単に掃気処理を実行したのでは、掃気に用いる補機類、例えば、水素ポンプやエアコンプレッサの騒音が懸念される。システムの運転停止時は、走行時とは異なり、走行用のトラクションモータや車輪の回転に伴う騒音が無いので、補機類の騒音が目立つことになるからである。

特に、燃料電池システムが搭載された車両の運転停止時に、掃気処理として、燃料ガス（水素）を燃料電池に圧送する水素ポンプと酸化ガス（空気）を燃料電池に圧送するエアコンプレッサを通常の運転時と同じ回転数で駆動すると、水素ポンプとエアコンプレッサの駆動音が騒音として車室内に伝播することがある。

そこで、本発明は、燃料電池システムの掃気に用いる補機類の騒音を低減することを目的とするものである。

前記課題を解決するために、本発明は、燃料電池の掃気に用いる補機類を備えた燃料電池システムにおいて、該燃料電池の掃気処理時に、該燃料電池の温度が高い程、該補機類のうち少なくとも一部の回転数を低くするように構成したものである。

係る構成によれば、燃料電池の掃気処理時に、燃料電池の温度が高い程、掃気に用いる補機類の回転数を低くすることで、掃気伴う補機類の騒音を低減することができる。すなわち、燃料電池の温度が高いときには、温度が低いときよりも掃気に要する流体（水素、空気）の流量が少なくても掃気ができるので、低騒音で掃気を実施することができる。
ここで、「燃料電池の掃気処理時」とは、燃料電池内部の含水量を低下させるための処理をする期間の少なくとも一部を意味し、例えば燃料電池を停止させるための前処理段階である。

ここで、「補機類」には、燃料ガスを燃料電池に圧送する燃料ガスポンプや酸化ガス流路に配置されて酸化ガスを該燃料電池に圧送するエアコンプレッサが含まれるが、これに限定されない。ドライバに不快感を与えうる騒音を発生する装置が含まれる。

前記燃料電池システムを構成するに際しては、以下の要素を付加することが望ましい。
好適には、前記補機類として、燃料ガス流路に配置されて燃料ガスを燃料電池に圧送する燃料ガスポンプと、酸化ガス流路に配置されて酸化ガスを該燃料電池に圧送するエアコンプレッサとを備え、前記燃料電池の温度が高い程、前記燃料ガスポンプまたは前記エアコンプレッサのうち少なくとも一方の回転数を低くするように構成されている。

係る構成によれば、燃料電池の温度が高い程、燃料ガスポンプまたはエアコンプレッサのうち少なくとも一方の回転数を低くすることで、掃気伴う補機類の騒音を低減することができる。すなわち、燃料電池の温度が高いときには、温度が低いときよりも掃気に要する流体（水素、空気）の流量が少なくても掃気ができるので、低騒音で掃気を実施することができる。

好適には、前記燃料電池の温度を検出する温度センサと、前記温度センサの検出温度に基づいて前記エアコンプレッサと前記燃料ガスポンプの回転数を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記温度センサの検出による前記燃料電池の温度が高い程、前記エアコンプレッサまたは前記燃料ガスポンプのうち少なくとも一方の回転数を低くする。

係る構成によれば、制御部が、温度センサの検出温度に基づいてエアコンプレッサと燃料ガスポンプの回転数を制御するに際して、燃料電池の温度が高い程、燃料ガスポンプまたはエアコンプレッサのうち少なくとも一方の回転数を低くすることで、掃気伴う補機類の騒音を低減することができる。すなわち、燃料電池の温度が高いときには、温度が低いときよりも掃気に要する流体（水素、空気）の流量が少なくても掃気ができるので、低騒音で掃気を実施することができる。

具体的には、上記燃料電池システムにおいて、前記燃料電池の温度の上昇に対応させて、前記回転数が漸減するように制御されることが好ましい。温度が高いほど、電解質膜等から水分が蒸発しやすい状態となっているので、掃気に必要なガス量も温度の上昇に対応して少なくなっていくのであるから、係る構成によれば、騒音の元となる補機類の回転数を掃気に必要なガス量の減少割合に対応させて適切に低減していくことができる。

また具体的には、上記燃料電池システムにおいて、前記燃料電池の温度の上昇に対応させて、前記回転数が段階的に減少するよう制御されることが好ましい。係る構成によれば、騒音の元となる補機類の回転数を掃気に必要なガス量の減少にほぼ対応させて段階的に低くしていくことができ、かつ、補機類に対する制御頻度を少なくすることができる。

好適には、前記燃料電池の温度を検出する温度センサと、前記温度センサの検出温度に基づいて前記エアコンプレッサと前記燃料ガスポンプの回転数を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記温度センサの検出温度が所定温度以上のときには、前記エアコンプレッサまたは前記燃料ガスポンプのうち少なくとも一方の回転数を、前記温度センサの検出温度が所定温度未満のときよりも、低くする。

係る構成によれば、制御部が、温度センサの検出温度に基づいてエアコンプレッサと燃料ガスポンプの回転数を制御するに際して、温度センサの検出温度が所定温度以上のときには、エアコンプレッサまたは燃料ガスポンプのうち少なくとも一方の回転数を、温度センサの検出温度が所定温度未満のときよりも、低くすることで、掃気伴う補機類の騒音を低減することができる。すなわち、燃料電池の温度が高いときには、温度が低いときよりも掃気に要する流体（水素、空気）の流量が少なくても掃気ができるので、低騒音で掃気を実施することができる。

本発明によれば、燃料電池の温度上昇による掃気必要量の減少を考慮した上で、補機類の回転数を減少させるので、掃気が必要なやむを得ない場合を除き、掃気に伴う補機類の騒音を効果的に低減することができる。

次に本発明の好適な実施の形態を説明する。
（実施形態１）
本発明の実施形態１は、理想的な回転数制御曲線に従って、燃料電池運転停止時の補機類の回転数を制御するものである。
図１は、本発明が適用された燃料電池システムのシステム構成図である。図１において、燃料電池システム１０は、燃料電池２０に燃料ガス（水素ガス）を供給するための燃料ガス供給系統と、燃料電池２０に酸化ガス（空気）を供給するための酸化ガス供給系統と、燃料電池２０を冷却するための冷却系統とを備えて構成されている。

燃料電池２０は、フッ素系樹脂などにより形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜などから成る高分子電解質膜２１の両面にアノード極２２とカソード極２３をスクリーン印刷などで形成した膜・電極接合体２４を備えている。膜・電極接合体２４の両面は、燃料ガス、酸化ガス、冷却水の流路を有するセパレータ（図示せず）によってサンドイッチされ、このセパレータとアノード極２２およびカソード極２３との間に、それぞれ溝状のアノードガスチャンネル２５およびカソードガスチャンネル２６を形成している。アノード極２２は、燃料極用触媒層を多孔質支持層上に設けて構成され、カソード極２３は、空気極用触媒層を多孔質支持層上に設けて構成されている。これら電極の触媒層は、例えば、白金粒子を付着して構成されている。アノード極２２では、次の（１）式の酸化反応が生じ、カソード極２３では、次の（２）式の還元反応が生じる。燃料電池２０全体としては、次の（３）式の起電反応が生じる。

Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-・・・（１）
（１／２）Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ・・・（２）
Ｈ₂＋（１／２）Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ・・・（３）

なお、同図では説明の便宜上、膜・電極接合体２４、アノードガスチャンネル２５およびカソードガスチャンネル２６からなる単位セルの構造を模式的に図示しているが、実際には、上述したセパレータを介して複数の単位セルが直列に接続したスタック構造を備えている。

燃料電池システム１０の冷却系統には、冷却水を循環させる冷却路３１、燃料電池２０から排水される冷却水の温度を検出する温度センサ３２、冷却水の熱を外部に放熱するラジエータ（熱交換器）３３、ラジエータ３３へ流入する冷却水の水量を調整するバルブ３４、冷却水を加圧して循環させる冷却水ポンプ３５、燃料電池２０に供給される冷却水の温度を検出する温度センサ３６などが設けられている。

燃料電池システム１０の燃料ガス供給系統には、アノードガスチャンネル２５に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路４１と、アノードガスチャンネル２５から排気される燃料オフガスを燃料ガス流路４１に循環させるための循環流路（循環経路）５１が配管されており、これらのガス流路によって燃料ガス循環系統が構成されている。

燃料ガス流路４１には、燃料ガス供給装置４２からの燃料ガス、例えば、水素ガスを昇圧して下流側に圧送する燃料ガスポンプとしての水素ポンプ４３、燃料ガスの圧力を検出する圧力センサ４４、燃料ガスの圧力調整を行うレギュレータ４５、燃料電池の燃料ガス供給口（入口）を開閉する遮断弁４６などが設置されている。燃料ガス供給装置４２は、例えば高圧水素タンク、水素吸蔵合金、改質器などより構成される。

循環流路５１には、燃料電池２０からの燃料オフガスを排出する遮断弁５２、燃料オフガスから水分を回収する気液分離器５３、気液分離器５３によって回収した水を図示しないタンクに回収する排水弁５４、モータによって駆動される循環ポンプ（加圧手段）５５、燃料ガス流路４１の燃料ガスが循環流路５１側に逆流するのを防止する逆流阻止弁５６などが設置されている。

循環ポンプ５５は、制御部８０の制御に基づき、アノードガスチャンネル２５を通過する際に、圧力損失を受けた燃料オフガスを圧縮して適度なガス圧まで昇圧させ、燃料ガス流路４１に還流させる。この燃料オフガスは、燃料ガス流路４１で燃料ガス供給装置４２から供給される燃料ガスと合流した後、燃料電池２０に供給されて再利用される。

さらに、循環流路５１には、燃料ガス循環系統から排気された燃料オフガスを、希釈器（例えば水素濃度低減装置）６２を介して車外に排気するための排気流路６１が分岐して配管されている。排気流路６１には排気弁（排気手段）６３が設置されており、燃料オフガスの排気制御を行えるように構成されている。排気弁６３を開閉することで、燃料電池２０内の循環を繰り返して、不純濃度が増加した燃料オフガスを外部に排出し、新規の燃料ガスを導入してセル電圧の低下を防止することができる。また、循環流路５１の内圧に脈動を起こし、ガス流路に蓄積した水分を除去することもできる。

一方、燃料電池システム１０の酸化ガス供給系統には、カソードガスチャンネル２６に酸化ガスを供給するための酸化ガス流路７１と、カソードガスチャンネル２６から排気されるカソードオフガスを排気するためのカソードオフガス流路７２が配管されている。酸化ガス流路７１には、大気から取り込んだエアに含まれる粉塵などを除去するエアフィルタ７４、モータによって駆動されるエアコンプレッサ７５などから構成され、圧縮エアを酸化ガスとして酸化ガス流路７１に供給する酸化ガス供給装置７３が設置されている。

また、酸化ガス供給装置７３の下流に配置された加湿器７６では、燃料電池２０の電池反応で生じた生成水によって高湿潤状態となったカソードオフガスと、大気より取り込んだ低湿潤状態の酸化ガスとの間で水分交換が行われる。カソードガスチャンネル２６の背圧はカソードオフガス流路７２に設置された圧力調整弁７７によってほぼ一定圧に調圧される。カソードオフガス流路７２を流れるカソードオフガスは、設計に応じて気液分離器７８やマフラ７９などを経由して車外に排気され、またその一部は希釈器６２に流れ込み、希釈器６２内に滞留する燃料オフガスを混合希釈して車外に排気される。

さらに、酸化ガス流路７１には、加湿器７６の入口側と出口側とを結ぶバイパル流路８１が接続されており、バイパス流路８１の流路途中には、制御部８０からの制御信号に従ってバイパス流路８１を開閉するバイパスバルブ８２が配置されている。

制御部８０は、例えば、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＡＭ、ＲＯＭ，インターフェイス回路などを備えた汎用コンピュータで構成されており、各流路に設置された温度センサＴ、圧力センサＰからのセンサ信号を受け取り、電池運転の状態、例えば、電力負荷に応じて各モータを駆動して、水素ポンプ４３と循環ポンプ５５およびエアコンプレッサ７５の回転数を調整し、さらに、各種の弁の開閉制御または弁開度の調整などを行うようになっている。

（動作の説明）
次の本発明に係る動作を説明する。
本実施形態においては、特に、制御部８０は、燃料電池２０の運転停止時に、掃気処理を行うに際して、燃料電池２０の温度を検出する温度センサ、例えば、温度センサ３２の検出温度を基に、燃料電池２０の温度が高い程、掃気に用いる補機類のうち少なくとも一部の回転数を低くするようになっている。

具体的には、制御部８０は、燃料電池２０の運転停止時に、掃気に用いる補機類として、水素ポンプ４３とエアコンプレッサ７５を選択し、選択した水素ポンプ４３とエアコンプレッサ７５のうち少なくとも一方の回転数を、図２に示すように、燃料電池２０の温度が高い程、低くするようになっている。これは、燃料電池２０の温度が高いときには、暖機が十分であって、温度が低いときよりも掃気に要する流体（水素ガス、空気）の流量が少なくても掃気ができるので、掃気に要する流体の流量が少なくできる分、低騒音で掃気を実施することができるためである。なお、通常カソード極側で水分生成が活発であるならば、エアコンプレッサ７５の回転数を制御することが好ましい。

すなわち、図２に示すように、一般に温度の上昇に従って蒸気圧曲線、すなわち水分の蒸発のし易さが上昇していく。この傾向は燃料電池の電解質膜において生成された水分の蒸発にも当てはまる。燃料電池の掃気処理を考えた場合、水分が蒸発しにくい程、掃気に必要なガス量が増えることになる。図２では、水分の蒸発し易さの程度に応じた、掃気に必要なガス量を供給するための補機類の回転数の変化を、理想回転数制御曲線として示してある。水素ポンプ４３またはエアコンプレッサ７５の回転数を、この理想回転数制御曲線に対応させて制御すれば、必要にして十分な掃気量を確保しながら、騒音レベルも必要最小限に抑えることができるのである。

水素ポンプ４３とエアコンプレッサ７５の回転数を制御するに際しては、水素ポンプ４３とエアコンプレッサ７５のうち一方の回転数を、図２のような理想回転数制御曲線に従って、燃料電池２０の温度が高い程、低くし、他方の回転数を一定にすることができるとともに、水素ポンプ４３とエアコンプレッサ７５の両方の回転数を燃料電池２０の温度が高い程、低くすることもできる。また、水素ポンプ４３とエアコンプレッサ７５との双方で、燃料電池の温度が高くなるに連れての回転数の制限量をシステムの動作状態に応じて異なるように設定してもよい。

上記構成において、燃料電池２０の運転が開始されると、制御部８０からの指令に従って、水素ポンプ４３と循環ポンプ５５およびエアコンプレッサ７５の回転数が調整されるとともに、各種の弁の開閉制御または弁開度が調整される。こにより、燃料電池２０には燃料供給装置４２からの水素ガスが水素ポンプ４３の駆動によって燃料電池２０に供給されるとともに、空気がエアコンプレッサ７５の駆動によって燃料電池２０に供給され、燃料電池２０による発電が行われる。

燃料電池２０による発電が行われているときに、燃料電池２０の運転停止が指令されると、制御部８０によって掃気処理が実行される。この場合、制御部８０は、燃料電池２０の運転停止時に、掃気に用いる補機類として、水素ポンプ４３とエアコンプレッサ７５を選択するとともに、温度センサ３２の検出温度を基に補機類の回転数を決定し、選択した水素ポンプ４３とエアコンプレッサ７５のうち少なくとも一方の回転数を、燃料電池２０の温度が高い程、低くする制御を実行するとともに、バイパスバルブ８２を開く制御を実行する。

制御部８０による掃気処理が実行されると、燃料電池２０には、水素ポンプ４３の駆動に従って水素ガスが供給されるとともに、エアコンプレッサ７５の駆動に従って空気がバイパス流路８１を介して供給され、燃料電池２０内の水分が水素ガスまたは空気によって掃気され、燃料電池２０内に水分が残留するのを防止することができ、燃料電池２０内に結露が生じたり、燃料電池２０内が凍結したりするのを防止することができる。

そして、上述したように、制御部８０が掃気処理を実行するに際して、水素ポンプ４３とエアコンプレッサ７５のうち少なくとも一方の回転数を、図２の理想回転数制御曲線に従って、燃料電池２０の温度が高い程、低くすると、燃料電池２０の温度が高いときには、温度が低いときよりも掃気に要する流体（水素ガス、空気）の流量が少なくまたは流速が低くても、燃料電池２０内の水分が蒸発するので、掃気に要する流体の流量が少なくまたは流速が低くできる分、低騒音で掃気を実施することができる。

本実施例によれば、燃料電池２０の運転停止時等の掃気処理時に、水素ポンプ４３とエアコンプレッサ７５のうち少なくとも一方の回転数を、燃料電池２０の温度が高い程、低くするようにしたため、水素ポンプ４３とエアコンプレッサ７５を含む補機類の掃気駆動に伴う騒音を低減することができる。このため、燃料電池システム１０を車両に搭載しても、システムの運転停止時に、運転者などが補機類の掃気駆動に伴う騒音が気になるのを抑制することができる。

（実施形態２）
上記実施形態１では理想的な回転数制御曲線に応じて補機類の回転数を制御していたが、本実施形態２では、補機類の回転数を段階的に制御する。
本実施形態２のシステム構成は実施形態１と同様なので説明を省略する。

上記実施形態１では、図２に示されるような理想回転数制御曲線に応じて、燃料電池の温度に対応させた回転数の漸減をさせていたが、本実施形態２では、これを段階的な減少に変更する点で異なる。

本実施形態２では、制御部８０による掃気処理を実行するに際して、制御部８０において、燃料電池２０の運転停止時に、バイパスバルブ８２を開き、掃気に用いる補機類として、水素ポンプ４３とエアコンプレッサ７５を選択する。ここまでは、上記実施形態１と同様である。次いで、制御部８０は、温度センサ３２の検出温度が所定温度を参照して、検出温度に対応した補機類の回転数を決定する。

図３に、本実施形態２における燃料電池の温度と掃気量、すなわち補機類の回転数との関係図を示す。
図３に示すように、理想回転数制御曲線（破線）が連続的な漸減を示すのに対し、本実施形態の回転数制御曲線（実線）は段階的に減少するように設定されている。このような燃料電池の検出温度に対応する回転数の関係は、関係テーブルで設定することもできるし、ソフトウェアプログラム中の分岐判断条件として設定することもできる。
制御部８０は、温度センサ３２の検出温度に基づいて、選択した水素ポンプ４３とエアコンプレッサ７５のうち少なくとも一方の回転数を決定し、その決定した回転数で選択された補機類を回転させるように制御信号を出力する。

制御部８０が掃気処理を実行するに際して、温度センサ３２の検出温度に応じて、選択した水素ポンプ４３とエアコンプレッサ７５のうち少なくとも一方の回転数を段階的に低くしたとしても、燃料電池２０の温度が高いときには、温度が低いときよりも掃気に要する流体（水素ガス、空気）の流量が少なくまたは流速が低くなり、燃料電池２０内の水分が蒸発するので、掃気に要する流体の流量が少なくまたは流速が低くできる分、低騒音で掃気を実施することができる。

また、温度センサ３２の検出温度が相対的に低い場合には、暖機が不十分であるとして、選択した水素ポンプ４３とエアコンプレッサ７５の回転数が高く設定され、掃気に要する流体（水素ガス、空気）の流量が多くまたは流速が速くなり、燃料電池２０内の水分を確実に掃気することができる。

なお、このように水素ポンプ４３とエアコンプレッサ７５の回転数を制御するに際しては、水素ポンプ４３とエアコンプレッサ７５のうち一方の回転数を低くし、他方の回転数を一定にすることができるとともに、水素ポンプ４３とエアコンプレッサ７５の両方の回転数を低くすることもできる。また、水素ポンプ４３とエアコンプレッサ７５との双方で、燃料電池の温度が高くなるに連れての回転数の制限量をシステムの動作状態に応じて段階的に異なるように設定してもよい。

本実施形態２によれば、燃料電池２０の運転停止時等の掃気処理時に、温度センサ３２の検出温度が所定温度以上のときには、エアコンプレッサ７５または水素ポンプ４３のうち少なくとも一方の回転数を、温度センサ３２の検出温度が所定温度未満のときよりも、低くすることで、掃気伴う補機類の騒音を低減することができる。

（実施形態３）
上記実施形態２では段階的に補機類の回転数を制御していたが、本実施形態３では、所定の温度を基準に補機類の回転数を変更する。
本実施形態３のシステム構成は実施形態１と同様なので説明を省略する。

本実施形態３では、制御部８０による掃気処理を実行するに際して、制御部８０において、燃料電池２０の運転停止時に、バイパスバルブ８２を開き、掃気に用いる補機類として、水素ポンプ４３とエアコンプレッサ７５を選択する。ここまでは、上記実施形態１と同様である。次いで、制御部８０は、温度センサ３２の検出温度が所定温度以上から否かを判定し、その判定結果に基づいて補機類の回転数を変更する。

図４に、本実施形態３における燃料電池の温度と掃気量、すなわち補機類の回転数との関係図を示す。
図４に示すように、理想回転数制御曲線（破線）が連続的な漸減を示すのに対し、本実施形態では、所定温度ｔｘ以上である場合の回転数Ｎｈと所定温度ｔｘ未満である場合の回転数Ｎｌとを変更するようになっている。このような燃料電池の検出温度に対応する回転数の関係は、ソフトウェアプログラム中の判断条件として設定することができる。

制御部８０は、温度センサ３２の検出温度が所定温度以上から否かを判定し、温度センサ３２の検出温度が所定温度以上のときには、暖機が十分であるとして、選択した水素ポンプ４３とエアコンプレッサ７５のうち少なくとも一方の回転数を、温度センサ３２の検出温度が所定温度未満のときよりも、低くし、逆に、温度センサ３２の検出温度が所定温度未満のときには、暖機が十分ではないとして、選択した水素ポンプ４３とエアコンプレッサ７５の回転数をそれぞれ高くする制御を行う構成を採用することもできる。

制御部８０が掃気処理を実行するに際して、温度センサ３２の検出温度が所定温度以上のときには、暖機が十分であるとして、選択した水素ポンプ４３とエアコンプレッサ７５のうち少なくとも一方の回転数を低くすると、燃料電池２０の温度が高いときには、温度が低いときよりも掃気に要する流体（水素ガス、空気）の流量が少なくまたは流速が低くても、燃料電池２０内の水分が蒸発するので、掃気に要する流体の流量が少なくまたは流速が低くできる分、低騒音で掃気を実施することができる。

一方、制御部８０が掃気処理を実行するに際して、温度センサ３２の検出温度が所定温度未満のときには、暖機が不十分であるとして、選択した水素ポンプ４３とエアコンプレッサ７５の回転数を高くすると、掃気に要する流体（水素ガス、空気）の流量が多くまたは流速が速くなり、燃料電池２０内の水分を確実に掃気することができる。

温度センサ３２の検出温度が所定温度以上のときに水素ポンプ４３とエアコンプレッサ７５の回転数を制御するに際しては、水素ポンプ４３とエアコンプレッサ７５のうち一方の回転数を低くし、他方の回転数を一定にすることができるとともに、水素ポンプ４３とエアコンプレッサ７５の両方の回転数を低くすることもできる。

本実施形態３によれば、燃料電池２０の運転停止時に、温度センサ３２の検出温度が所定温度以上のときには、エアコンプレッサ７５または水素ポンプ４３のうち少なくとも一方の回転数を、温度センサ３２の検出温度が所定温度未満のときよりも、低くすることで、掃気伴う補機類の騒音を低減することができる。

本発明に係る燃料電池システムのシステム構成図である。実施形態１における燃料電池の温度と掃気に用いる補機類の回転数との関係を示す特性図である。実施形態２における燃料電池の温度と掃気に用いる補機類の回転数との関係を示す特性図である。実施形態３における燃料電池の温度と掃気に用いる補機類の回転数との関係を示す特性図である。

符号の説明

１０燃料電池システム、２０燃料電池、３２温度センサ、４３水素ポンプ、７５エアコンプレッサ、８０制御部

Claims

燃料電池の掃気に用いる補機類を備えた燃料電池システムにおいて、
該燃料電池の掃気処理時に、該燃料電池の温度が高い程、該補機類のうち少なくとも一部の回転数を低くするように構成されていることを特徴とする燃料電池システム。
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記補機類として、燃料ガス流路に配置されて燃料ガスを燃料電池に圧送する燃料ガスポンプと、酸化ガス流路に配置されて酸化ガスを該燃料電池に圧送するエアコンプレッサと、を備え、
前記燃料電池の温度が高い程、前記燃料ガスポンプまたは前記エアコンプレッサのうち少なくとも一方の回転数を低くするように構成されていることを特徴とする燃料電池システム。
請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサの検出温度に基づいて前記エアコンプレッサと前記燃料ガスポンプの回転数を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記温度センサの検出による前記燃料電池の温度が高い程、前記エアコンプレッサまたは前記燃料ガスポンプのうち少なくとも一方の回転数を低くしてなることを特徴とする燃料電池システム。
請求項１乃至３のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の温度の上昇に対応させて、前記回転数が漸減するように制御されることを特徴とする燃料電池システム。
請求項１乃至３のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の温度の上昇に対応させて、前記回転数が段階的に減少するよう制御されることを特徴とする燃料電池システム。
請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサの検出温度に基づいて前記エアコンプレッサと前記燃料ガスポンプの回転数を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記温度センサの検出温度が所定温度以上のときには、前記エアコンプレッサまたは前記燃料ガスポンプのうち少なくとも一方の回転数を、前記温度センサの検出温度が所定温度未満のときよりも、低くしてなることを特徴とする燃料電池システム。