(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-31
(45)【発行日】2024-11-11
(54)【発明の名称】燃料電池システム
(51)【国際特許分類】
H01M 8/04291 20160101AFI20241101BHJP
H01M 8/04228 20160101ALI20241101BHJP
H01M 8/04303 20160101ALI20241101BHJP
H01M 8/0438 20160101ALI20241101BHJP
H01M 8/04746 20160101ALI20241101BHJP
H01M 8/10 20160101ALN20241101BHJP
H01M 8/12 20160101ALN20241101BHJP
【ＦＩ】
H01M8/04291
H01M8/04228
H01M8/04303
H01M8/0438
H01M8/04746
H01M8/10 101
H01M8/12 101
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2021035933
(22)【出願日】2021-03-08
(65)【公開番号】P2022136371
(43)【公開日】2022-09-21
【審査請求日】2023-02-06
(73)【特許権者】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110004314
【氏名又は名称】弁理士法人青藍国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】山本 裕亮
(72)【発明者】
【氏名】堀 慎一朗
(72)【発明者】
【氏名】露口 耕平
(72)【発明者】
【氏名】金子 陽太
【審査官】大内 俊彦
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－０５５８７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１９８１２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１１１９３３９７２（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ ８／０４－８／０６６８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池に接続され、前記水素含有ガスを通流する燃料ガス経路と、
前記燃料ガス経路に設置され、前記燃料ガス経路において前記水素含有ガスを通流する第１通流状態及び前記水素含有ガスを閉止する第１閉止状態を切り換えるガス開閉手段と、前記ガス開閉手段と前記燃料電池との間の前記燃料ガス経路に接続され、前記燃料電池の発電で使用されなかった水素含有ガスを前記燃料ガス経路に通流するリサイクル経路と、前記リサイクル経路に接続され、前記水素含有ガスに含まれる水蒸気により生じる凝縮水を外部に排出する第１排出経路と、
前記第１排出経路に設置され、前記第１排出経路において前記水素含有ガスを通流する第２通流状態及び前記水素含有ガスを閉止する第２閉止状態を切り換える第１排出手段と、前記リサイクル経路に設置され、前記燃料ガス経路を通流する前記水素含有ガスを外部に排出する第２排出経路と、
前記第２排出経路に設置され、前記第２排出経路において前記水素含有ガスを通流する第３通流状態及び前記水素含有ガスを閉止する第３閉止状態を切り換える第２排出手段と、前記ガス開閉手段、前記第１排出手段及び前記第２排出手段を動作させる制御部と、を備え、
前記ガス開閉手段が前記第１閉止状態、前記第１排出手段が前記第２閉止状態、かつ、前記第２排出手段が前記第３閉止状態である状態が初期状態であり、
前記制御部は、前記燃料電池の発電停止中に前記燃料ガス経路、前記燃料電池及び前記リサイクル経路の前記凝縮水を排出する排水動作を実施する場合に、前記初期状態において、前記ガス開閉手段を前記第１閉止状態から前記第１通流状態に切り換え、前記第１排出手段を前記第２閉止状態から前記第２通流状態に切り換え、
所定期間の間前記排水動作を実施した場合に、前記ガス開閉手段を前記第１通流状態から前記第１閉止状態に切り換え、前記第１排出手段を前記第２通流状態から前記第２閉止状態に切り換え、前記排水動作を停止する、
燃料電池システム。
【請求項2】
水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池に接続され、前記水素含有ガスを通流する燃料ガス経路と、
前記燃料ガス経路に設置され、前記燃料ガス経路において前記水素含有ガスを通流する第１通流状態及び前記水素含有ガスを閉止する第１閉止状態を切り換えるガス開閉手段と、前記ガス開閉手段と前記燃料電池との間の前記燃料ガス経路に接続され、前記燃料電池の発電で使用されなかった水素含有ガスを前記燃料ガス経路に通流するリサイクル経路と、前記リサイクル経路に接続され、前記水素含有ガスに含まれる水蒸気により生じる凝縮水を外部に排出する第１排出経路と、
前記第１排出経路に設置され、前記第１排出経路において前記水素含有ガスを通流する第２通流状態及び前記水素含有ガスを閉止する第２閉止状態を切り換える第１排出手段と、前記リサイクル経路に設置され、前記燃料ガス経路を通流する前記水素含有ガスを外部に排出する第２排出経路と、
前記第２排出経路に設置され、前記第２排出経路において前記水素含有ガスを通流する第３通流状態及び前記水素含有ガスを閉止する第３閉止状態を切り換える第２排出手段と、前記ガス開閉手段、前記第１排出手段及び前記第２排出手段を動作させる制御部と、
前記リサイクル経路に設置され、前記凝縮水を貯めるタンクと、
前記タンクの内部に設置され、前記タンク内に貯められる前記凝縮水の水位を検出する水位検出手段と、を備え、
前記ガス開閉手段が前記第１閉止状態、前記第１排出手段が前記第２閉止状態、かつ、前記第２排出手段が前記第３閉止状態である状態が初期状態であり、
前記制御部は、前記燃料電池の発電停止中に前記燃料ガス経路、前記燃料電池及び前記リサイクル経路の前記凝縮水を排出する排水動作を実施する場合に、前記初期状態において、前記ガス開閉手段を前記第１閉止状態から前記第１通流状態に切り換え、前記第１排出手段を前記第２閉止状態から前記第２通流状態に切り換え、
前記排水動作中に前記タンクの水位が所定の水位まで低下した場合に、前記ガス開閉手段を前記第１通流状態から前記第１閉止状態に切り換え、前記第１排出手段を前記第２通流状態から前記第２閉止状態に切り換え、前記排水動作を停止する、
燃料電池システム。
【請求項3】
前記燃料電池と前記リサイクル経路との接続箇所と前記第１排出経路との間に設置され、前記水素含有ガスを前記リサイクル経路から前記燃料ガス経路に循環させるガス循環装置をさらに備え、前記制御部は、前記初期状態において、前記ガス開閉手段を前記第１閉止状態から前記第１通流状態に切り換え、前記第１排出手段を前記第２閉止状態から前記第２通流状態に切り換えた後、前記ガス循環装置を動作させ、前記排水動作を実施する、
請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項4】
前記ガス開閉手段と前記燃料電池との間に設置され、前記燃料ガス経路を通流する前記水素含有ガスの圧力を測定する圧力検出手段をさらに備え、前記制御部は、前記初期状態において、前記ガス開閉手段を前記第１閉止状態から前記第１通流状態に切り替え、前記圧力検出手段の測定値が第１の所定の値を超えた場合に、前記第１排出手段を前記第２閉止状態から前記第２通流状態に切り換えた後、前記排水動作を実施する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項5】
前記制御部は、前記排水動作を実施した後、前記圧力検出手段の測定値が第２の所定の値を下回った場合に、前記ガス開閉手段を前記第１通流状態から前記第１閉止状態に切り換え、前記第１排出手段を前記第２通流状態から前記第２閉止状態に切り換え、前記排水動作を停止する、請求項４に記載の燃料電池システム。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１は、ガス流路を介して燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、燃料電池の運転停止時において、反応ガス供給手段から供給される反応ガスのガス圧力を増大させた後、圧力を増大させた反応ガスをガス流路に供給することにより、ガス流路内の残留水を外部に排出するガス圧力制御手段とを備える燃料電池の残留水排出装置を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００２－３０５０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示は、燃料電池システムの運転停止中に、燃料電池の劣化と可燃性ガスのシステム外流出を抑制しつつ、凝縮水を排出するための技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示における燃料電池システムは、水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、燃料電池に接続され、水素含有ガスを通流する燃料ガス経路と、燃料ガス経路に設置され、燃料ガス経路において水素含有ガスを通流する第１通流状態及び水素含有ガスを閉止する第１閉止状態を切り換えるガス開閉手段と、ガス開閉手段と燃料電池との間の燃料ガス経路に接続され、燃料電池の発電で使用されなかった水素含有ガスを燃料ガス経路に通流するリサイクル経路とを備える。
【0006】
また、燃料電池システムは、リサイクル経路に接続され、水素含有ガスに含まれる水蒸気により生じる凝縮水を外部に排出する第１排出経路と、第１排出経路に設置され、第１排出経路において水素含有ガスを通流する第２通流状態及び水素含有ガスを閉止する第２閉止状態を切り換える第１排出手段と、リサイクル経路に設置され、燃料ガス経路を通流する水素含有ガスを外部に排出する第２排出経路と、第２排出経路に設置され、第２排出経路において水素含有ガスを通流する第３通流状態及び水素含有ガスを閉止する第３閉止状態を切り換える第２排出手段と、ガス開閉手段、第１排出手段及び第２排出手段を動作させる制御部とを備える。
【0007】
ガス開閉手段が第１閉止状態、第１排出手段が第２閉止状態、かつ、第２排出手段が第３閉止状態である状態が初期状態である。制御部は、燃料電池の発電停止中に燃料ガス経路、燃料電池及びリサイクル経路の凝縮水を排出する排水動作を実施する場合に、初期状態において、ガス開閉手段を第１閉止状態から第１通流状態に切り換え、第１排出手段を第２閉止状態から第２通流状態に切り換える。
【発明の効果】
【0008】
本開示における燃料電池システムによれば、燃料電池システムの運転停止中に、燃料電池の劣化と可燃性ガスの燃料電池システム外への流出を抑制しながら、凝縮水を排出することができる。したがって、燃料電池システムの耐久性の低下が抑制される。また、可燃性ガスが燃料電池システム外に流出することによりが不安全な状態となることが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面を参照しながら実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。
【0011】
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲の記載を限定することを意図していない。
（実施の形態１）
［１－１．構成］
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成図である。
（実施の形態１）
［１－１．構成］
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成図である。
【0012】
図１において、燃料電池システム２００は、燃料電池１００と、燃料ガス経路１と、ガス開閉手段２と、リサイクル経路３と、第１排出経路４と、第１排出手段５と、第２排出経路６と、第２排出手段７と、制御部８と、ガス循環装置９と、圧力検出手段１０と、タンク１１と、水位検出手段１２と、操作部２０と、を備える。
【0013】
燃料電池１００は、水素含有ガスを用いて発電する燃料電池である。具体的には、燃料電池１００は、外部から供給された水素含有ガスに含まれる水素を用いて、化学反応により電力を生成する。なお、燃料電池１００の化学反応では、燃料電池１００に供給された水素含有ガスの全てが使用される訳ではなく、燃料電池１００にて使用されなかった一部の水素含有ガスは、燃料電池１００から排出される。
【0014】
本実施の形態における燃料電池１００は、例えば、固体高分子型燃料電池である。なお、燃料電池１００は上記に限定されず、例えば、固体酸化物型燃料電池であってもよい。
【0015】
燃料ガス経路１は、燃料電池１００に接続され、水素含有ガスを通流させる経路である。水素含有ガスは、例えば、水素貯蔵タンクから燃料ガス経路１を介して燃料電池１００に供給される。
【0016】
ガス開閉手段２は、燃料ガス経路１に設置される弁である。ガス開閉手段２は、燃料ガス経路１の水素含有ガスを通流する通流状態と、燃料ガス経路１内の水素含有ガスを閉止する閉止状態とを切り換える。本実施の形態におけるガス開閉手段２は、例えば、ソレノイドバルブである。
【0017】
リサイクル経路３は、ガス開閉手段２と燃料電池１００との間に接続され、燃料電池１００の発電時の化学反応で使用されなかった一部の水素含有ガスを燃料ガス経路１に通流させる経路である。
【0018】
第１排出経路４は、リサイクル経路３に接続され、リサイクル経路３を通流する水素含有ガスに含まれる水蒸気により生じる凝縮水を外部に排出する経路である。
【0019】
第１排出手段５は、第１排出経路４上に設置される弁である。第１排出手段５は、第１排出経路４内の水素含有ガスを通流する通流状態と、第１排出経路４内の水素含有ガスを閉止する閉止状態とを切り換える。本実施の形態における第１排出手段５は、例えば、ソレノイドバルブである。
【0020】
第２排出経路６は、リサイクル経路３に接続され、リサイクル経路３を通流する水素含有ガスを外部に排出する経路である。
【0021】
ここで、燃料電池１００の発電中は、燃料電池１００において水素が使用される。したがって、リサイクル経路３を通流する水素含有ガスの水素濃度は、燃料電池１００に供給される水素含有ガスの水素濃度よりも相対的に低くなる。燃料電池１００に供給される水素含有ガスは、リサイクル経路３を通流する、相対的に水素濃度が低下した水素含有ガスと混合される。したがって、燃料電池１００に供給される水素含有ガスの水素濃度は、燃料電池１００の発電に伴い、徐々に低下する。
【0022】
第２排出経路６により、一定期間の間隔で水素濃度が低下した水素含有ガスを排出することにより、燃料電池１００の出力の低下が抑制される。なお、一定期間の間隔とは、例えば、３分毎である。
【0023】
第２排出手段７は、第２排出経路６上に設置される弁である。第２排出手段７は、第２排出経路６内の水素含有ガスを通流する通流状態と、第２排出経路６内の水素含有ガスを閉止する閉止状態とを切り換える。本実施の形態における第２排出手段７は、例えば、ソレノイドバルブである。
【0024】
制御部８は、ガス開閉手段２、第１排出手段５及び第２排出手段７を動作させる。本実施の形態における制御部８は、例えば、Ａ／Ｄ変換回路、入出力回路、演算回路、記憶装置などを含むＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）で構成される。
【0025】
ガス循環装置９は、燃料電池１００と第１排出経路４との間に設定され、水素含有ガスをリサイクル経路３から燃料ガス経路１に循環させるポンプである。本実施の形態におけるガス循環装置９は、例えば、ダイヤフラム式のポンプである。
【0026】
圧力検出手段１０は、ガス開閉手段２と燃料電池１００との間に設置され、燃料ガス経路１を通流する水素含有ガスの圧力を測定する圧力計である。本実施の形態における圧力検出手段１０は、例えば、パルス出力式圧力センサである。
【0027】
タンク１１は、リサイクル経路３に設置され、リサイクル経路３を通流する水素含有ガスに含まれる水蒸気により生じる凝縮水を貯めるタンクである。なお、本実施の形態において、タンク１１を備えず、第１排出経路４に凝縮水を貯める構成としてもよい。
【0028】
水位検出手段１２は、タンク１１の内部に設置され、タンク１１内に貯められる凝縮水の水位を検出するセンサである。本実施の形態における水位検出手段１２は、例えば、フロートスイッチで構成される。なお、燃料電池システム２００がタンク１１を備えない場合、水位検出手段１２は、第１排出経路４に設けられてもよい。その場合、水位検出手段１２は、第１排出経路４に貯められる凝縮水の水位を検出するように構成されていてもよい。
【0029】
操作部２０は、ユーザーの指示を受け付ける。操作部２０が受け付けたユーザーからの指示は、制御部８へ送信される。本実施の形態における操作部２０は、例えば、ＰＣのアプリケーションで構成される。
【0030】
［１－２．動作］
以上のように構成された燃料電池１００について、図２～８を参照しながら、その動作を以下説明する。なお、異なる図面において同じ処理を示す場合、同じ符号を用いて説明する、又は、説明を省略する場合がある。
以上のように構成された燃料電池１００について、図２～８を参照しながら、その動作を以下説明する。なお、異なる図面において同じ処理を示す場合、同じ符号を用いて説明する、又は、説明を省略する場合がある。
【0031】
なお、燃料電池１００の運転停止中において、ガス開閉手段２は閉止状態であり、第１排出手段５は閉止状態であり、第２排出手段７は閉止状態である。本実施の形態１において、燃料電池１００の運転停止中における上記の状態を、初期状態と定義する。
【0032】
【0033】
まず、制御部８は、ステップＳ０１において、ガス開閉手段２を閉止状態から通流状態に切り換え、処理をステップＳ０２に移行する。このとき、燃料ガス経路１の圧力は、図３に示すように、初期の圧力値であるＰ１より徐々に上昇する。なお、初期値の圧力値Ｐ１は、例えば、１ｋＰａである。なお、制御部８は、ユーザーが操作部２０を操作し、制御部８に排水動作を開始する指示が送信された場合に、ステップＳ０１の処理を実施してもよい。
【0034】
次に、制御部８は、ステップＳ０２において、燃料ガス経路１の圧力、すなわち圧力検出手段１０が測定した圧力値Ｐが閾値Ｐ２を超えたか否かを判定する。
【0035】
燃料ガス経路１の圧力値Ｐが閾値Ｐ２を超えた場合（ステップＳ０２：Ｙｅｓ）、制御部８は、処理をステップＳ０３に移行する。一方、燃料ガス経路１の圧力値Ｐが閾値Ｐ２以下である場合（ステップＳ０２：Ｎｏ）、制御部８は、処理をステップＳ０２に移行し、燃料ガス経路１の圧力値Ｐが閾値Ｐ２を超えるまで処理を繰り返す。
【0036】
次に、制御部８は、ステップＳ０３において、第１排出手段５を閉止状態から通流状態に切り換え、処理をステップＳ０４に移行する。
【0037】
ステップＳ０３の制御により、ガス開閉手段２は通流状態、第１排出手段５は通流状態、第２排出手段７は閉止状態となる。したがって、第１排出経路４は大気開放された状態となる。このとき、第１排出経路４内の圧力は大気圧よりも高いため、燃料ガス経路１、燃料電池１００及びリサイクル経路３において発生する凝縮水が、第１排出経路４を通じて排出され始める。このとき、燃料ガス経路１の圧力はＰ２に近い値を維持する。本開示では、燃料ガス経路１、燃料電池１００及びリサイクル経路３から凝縮水が排出される動作を、排水動作と定義する。なお、閾値圧力Ｐ２は、例えば、３ｋＰａである。このＰ２の値は燃料電池１００の発電量や第１排出経路４の長さに応じて決定される。
【0038】
次に、制御部８は、ステップＳ０４において、ガス開閉手段２を通流状態から閉止状態に切り換え、第１排出手段５を通流状態から閉止状態に切り換える。すなわち、制御部８は、ガス開閉手段２及び第１排出手段５を初期状態に戻す。これにより、排水動作が完了する。このとき、燃料ガス経路１の圧力は、図３に示すように、Ｐ２からＰ３に向けて徐々に減少する。なお、圧力値Ｐ３は、例えば、２ｋＰａである。なお、制御部８は、ユーザーが操作部２０を操作し、制御部８に排水動作を停止する指示が送信された場合に、ステップ０４の処理を実施してもよい。
【0039】
図４は、本実施の形態１における時間経過による制御に関するフローチャートである。
【0040】
まず、制御部８は、ステップＳ０５において、ガス開閉手段２を閉止状態から通流状態に切り換え、第１排出手段５を閉止状態から通流状態に切り換え、処理をステップＳ０６に移行する。これにより、排水動作が開始される。
【0041】
次に、制御部８は、ステップＳ０６において、排水動作開始からの経過時間ｔが所定時間ｔ１を超えたか否かを判定する。なお、所定時間ｔ１は、第１排出経路４又はタンク１１に貯められたほぼ全ての凝縮水が燃料電池システム２００の外部に排出されるまでに要する時間よりも短い時間である。所定時間ｔ１は、例えば、３分である。なお、所定時間ｔ１は、燃料ガス経路１内の圧力及び第１排出経路４の長さなどに応じて決定される。
【0042】
経過時間ｔが所定時間ｔ１を超えた場合（ステップＳ０６：Ｙｅｓ）、すなわち所定期間の間排水動作を実施した場合、制御部８は、処理をステップＳ０４に移行する。一方、経過時間ｔが所定時間ｔ１以下である場合（ステップＳ０６：Ｎｏ）、制御部８は、処理をステップＳ０６に移行し、経過時間ｔが所定時間ｔ１を超えるまで処理を繰り返す。
【0043】
【0044】
まず、制御部８は、ステップＳ０５において、ガス開閉手段２を閉止状態から通流状態に切り換え、第１排出手段５を閉止状態から通流状態に切り換え、処理をステップＳ０７に移行する。このとき、第１排出経路４は大気開放されており、水素含有ガスの圧力が大気圧よりも高い。したがって、第１排出経路４又はタンク１１に貯められた凝縮水が排出され、凝縮水の水位Ｈは、図６に示すように、初期水位をＨ１から所定水位Ｈ２に向けて低下し始める。
【0045】
次に、制御部８は、ステップＳ０７において、第１排出経路４又はタンク１１に貯められた凝縮水の水位Ｈが所定水位Ｈ２を下回ったか否かを判定する。なお、所定水位Ｈ２は第１排出経路４に貯まっている凝縮水が存在しないときの水位を０として、例えば５ｃｍ程度である。
【0046】
凝縮水の水位Ｈが所定水位Ｈ２を下回った場合（ステップＳ０７：Ｙｅｓ）、制御部８は、処理をステップＳ０４に移行する。一方、凝縮水の水位Ｈが所定水位Ｈ２以上である場合（ステップＳ０７：Ｎｏ）、制御部８は、処理をステップＳ０７に移行し、凝縮水の水位Ｈが所定水位Ｈ２を下回るまで処理を繰り返す。
【0047】
【0048】
まず、制御部８は、ステップＳ０１において、ガス開閉手段２を閉止状態から通流状態に切り換え、処理をステップＳ０２に移行する。このとき、燃料ガス経路１の圧力は、図８に示すように、初期の圧力値であるＰ１より徐々に上昇する。
【0049】
次に、制御部８は、ステップＳ０２において、圧力検出手段１０が測定した圧力値Ｐが閾値Ｐ２を超えたか否かを判定する。
【0050】
燃料ガス経路１の圧力値Ｐが閾値Ｐ２を超えた場合（ステップＳ０２：Ｙｅｓ）、制御部８は、処理をステップＳ０８に移行する。一方、燃料ガス経路１の圧力値Ｐが閾値Ｐ２以下である場合（ステップＳ０２：Ｎｏ）、制御部８は、処理をステップＳ０２に移行し、燃料ガス経路１の圧力値Ｐが閾値Ｐ２を超えるまで処理を繰り返す。
【0051】
次に、制御部８は、ステップＳ０８において、ガス開閉手段２を通流状態から閉止状態に切り換え、第１排出手段５を閉止状態から通流状態に切り換え、処理をステップＳ０９に移行する。これにより、排水動作が開始される。なお、ガス開閉手段２を通流状態から閉止状態に切り換えることにより、燃料ガス経路１内の圧力Ｐは、図８に示すように、Ｐ２からＰ４に向けて徐々に減少する。なお、閾値Ｐ４は、例えば、２ｋＰａであり、大気圧より高い値であればよい。Ｐ４が大気圧の値と一致するとき、第１排出経路４内の凝縮水はほぼ全てが第１排出経路４の外部に排出され、第１排出経路４が大気開放状態となる。
【0052】
次に、制御部８は、ステップＳ０９において、圧力検出手段１０が測定した圧力値Ｐが閾値Ｐ４を下回るか否かを判定する。
【0053】
燃料ガス経路１の圧力値Ｐが閾値Ｐ４を下回った場合（ステップＳ０９：Ｙｅｓ）、制御部８は、処理をステップＳ０４に移行する。一方、燃料ガス経路１の圧力値Ｐが閾値Ｐ４以上である場合（ステップＳ０９：Ｎｏ）、制御部８は、処理をステップＳ０９に移行し、燃料ガス経路１の圧力値Ｐが閾値Ｐ４を下回るまで処理を繰り返す。
【0054】
［１－３．効果等］
以上のように、本実施の形態において、燃料電池システム２００は、水素含有ガスを用いて発電する燃料電池１００と、燃料電池１００に接続され、水素含有ガスを通流する燃料ガス経路１と、燃料ガス経路１に設置され、燃料ガス経路１において水素含有ガスを通流する第１通流状態及び水素含有ガスを閉止する第１閉止状態を切り換えるガス開閉手段２と、ガス開閉手段２と燃料電池１００との間の燃料ガス経路１に接続され、燃料電池１００の発電で使用されなかった水素含有ガスを燃料ガス経路１に通流するリサイクル経路３とを備える。
以上のように、本実施の形態において、燃料電池システム２００は、水素含有ガスを用いて発電する燃料電池１００と、燃料電池１００に接続され、水素含有ガスを通流する燃料ガス経路１と、燃料ガス経路１に設置され、燃料ガス経路１において水素含有ガスを通流する第１通流状態及び水素含有ガスを閉止する第１閉止状態を切り換えるガス開閉手段２と、ガス開閉手段２と燃料電池１００との間の燃料ガス経路１に接続され、燃料電池１００の発電で使用されなかった水素含有ガスを燃料ガス経路１に通流するリサイクル経路３とを備える。
【0055】
また、燃料電池システム２００は、リサイクル経路３に接続され、水素含有ガスに含まれる水蒸気により生じる凝縮水を外部に排出する第１排出経路４と、第１排出経路４に設置され、第１排出経路４において水素含有ガスを通流する第２通流状態及び水素含有ガスを閉止する第２閉止状態を切り換える第１排出手段５と、リサイクル経路３に設置され、燃料ガス経路１を通流する水素含有ガスを外部に排出する第２排出経路６と、第２排出経路６に設置され、第２排出経路６において水素含有ガスを通流する第３通流状態及び水素含有ガスを閉止する第３閉止状態を切り換える第２排出手段７と、ガス開閉手段２、第１排出手段５及び第２排出手段７を動作させる制御部８とを備える。
【0056】
ガス開閉手段２が第１閉止状態、第１排出手段５が第２閉止状態、かつ、第２排出手段７が第３閉止状態である状態が初期状態である。
【0057】
制御部８は、燃料電池１００の発電停止中に燃料ガス経路１、燃料電池１００及びリサイクル経路３の凝縮水を排出する排水動作を実施する場合に、初期状態において、ガス開閉手段２を第１閉止状態から第１通流状態に切り換え、第１排出手段５を第２閉止状態から第２通流状態に切り換える。
【0058】
これにより、第１排出経路４を大気開放することなく、凝縮水を排出できる。そのため、第１排出経路４が正圧である場合に、水素含有ガスが燃料電池システム２００の外に排出されず、発煙発火等の不安全事象の発生を抑制できる。また、第１排出経路４が負圧である場合に、第１排出経路４を介して外部から空気が燃料電池１００に到達せず、燃料電池１００内部の電解質膜の劣化を抑制できる。なお、燃料電池システム２００の運転停止後、間もない時間、例えば３０分程度しか経過していない時は、燃料ガス経路１及びリサイクル経路３の温度が高温の状態から低下し、経路内の水素含有ガスの体積収縮が起きるため、第１排出経路４が負圧となる。
【0059】
本実施の形態において、燃料電池システム２００は、燃料電池１００と第１排出経路４との間に設置され、水素含有ガスをリサイクル経路３から燃料ガス経路１に循環させるガス循環装置９をさらに備えてもよい。
【0060】
制御部８は、初期状態において、ガス開閉手段２を第１閉止状態から第１通流状態に切り換え、第１排出手段５を第２閉止状態から第２通流状態に切り換えた後、ガス循環装置９を動作させ、排水動作を実施してもよい。
【0061】
これにより、第１排出経路４内の水素含有ガスの圧力を高めることができる。そのため、凝縮水をより速く排出することができる。
【0062】
また、本実施の形態において、燃料電池システム２００は、ガス開閉手段２と燃料電池１００との間に設置され、燃料ガス経路１を通流する水素含有ガスの圧力を測定する圧力検出手段１０をさらに備えてもよい。
【0063】
制御部８は、初期状態において、ガス開閉手段２を第１閉止状態から第１通流状態に切り換え、圧力検出手段１０の測定値が所定の値Ｐ２を超えた場合に、第１排出手段５を第２閉止状態から第２通流状態に切り換えた後、排水動作を実施してもよい。
【0064】
これにより、燃料ガス経路１の圧力値に基づいて排水動作を実施するため、凝縮水の排水速度を調節できる。そのため、Ｐ２を適切な値に設定することにより、凝縮水の排水を効率よく実施できる。
【0065】
また、本実施の形態において、制御部８は、初期状態において、ガス開閉手段２を第１閉止状態から第１通流状態に切り換え、第１排出手段５を第２閉止状態から第２通流状態に切り換えた後、所定期間の間排水動作を実施した場合に、ガス開閉手段２を第１通流状態から第１閉止状態に切り換え、第１排出手段５を第２通流状態から第２閉止状態に切り換え、排水動作を停止させてもよい。
【0066】
これにより、第１排出経路４を大気開放することなく、凝縮水を排出できる。そのため、水素含有ガスが燃料電池システム２００の外へ流出するのを防ぐことができる。
【0067】
また、本実施の形態において、燃料電池システム２００は、リサイクル経路３に設置され、凝縮水を貯めるタンク１１と、タンク１１の内部に設置され、タンク１１内に貯められる凝縮水の水位を検出する水位検出手段とをさらに備えてもよい。
【0068】
制御部８は、初期状態において、ガス開閉手段２を第１閉止状態から第１通流状態に切り換え、第１排出手段５を第２閉止状態から第２通流状態に切り換えた後、排水動作中にタンク１１の水位が所定の水位Ｈ２まで低下した場合に、ガス開閉手段２を第１通流状態から第１閉止状態に切り換え、第１排出手段５を第２通流状態から第２閉止状態に切り換え、排水動作を停止させてもよい。
【0069】
これにより、第１排出経路４を大気開放することなく、凝縮水を排出できる。そのため、水素含有ガスが燃料電池システム２００の外へ流出するのを防ぐことができる。
【0070】
また、本実施の形態において、制御部８は、排水動作を実施した後、圧力検出手段１０の測定値が所定の値Ｐ４を下回った場合に、ガス開閉手段２を第１通流状態から第１閉止状態に切り換え、第１排出手段５を第２通流状態から第２閉止状態に切り換え、排水動作を停止させてもよい。
【0071】
これにより、第１排出経路４を大気開放することなく、凝縮水を排出できる。そのため、水素含有ガスが燃料電池システム２００の外へ流出するのを防ぐことができる。
【0072】
（他の実施の形態）
以上、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
以上、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【0073】
本発明の燃料電池システムは、例えば、固体高分子型燃料電池又は固体酸化物型燃料電池を用いた定置用燃料電池システム及び自動車用燃料電池システムに適用できる。
【符号の説明】
【0074】
１ 燃料ガス経路
２ ガス開閉手段
３ リサイクル経路
４ 第１排出経路
５ 第１排出手段
６ 第２排出経路
７ 第２排出手段
８ 制御部
９ ガス循環装置
１０ 圧力検出手段
１１ タンク
１２ 水位検出手段
２０ 操作部
１００ 燃料電池
２００ 燃料電池システム
２ ガス開閉手段
３ リサイクル経路
４ 第１排出経路
５ 第１排出手段
６ 第２排出経路
７ 第２排出手段
８ 制御部
９ ガス循環装置
１０ 圧力検出手段
１１ タンク
１２ 水位検出手段
２０ 操作部
１００ 燃料電池
２００ 燃料電池システム
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
