JP2007080723A

JP2007080723A - Fuel cell system and method for maintaining exhaust hydrogen concentration

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Publication number: JP2007080723A
Application number: JP2005268218A
Authority: JP
Inventors: Yasunobu Jufuku; 康信寿福
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-09-15
Filing date: 2005-09-15
Publication date: 2007-03-29

Abstract

【課題】希釈器を備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電性能の低下を抑制しつつ、混合ガスの水素濃度が所定濃度より高くなることを抑制する。
【解決手段】燃料電池システムであり、燃料電池と、アノードオフガス排出流路と、アノードオフガス排出流路と接続され、アノードオフガスを導入・希釈して外部へ排出する希釈部と、カソードガス供給流路と、アノードオフガス排出流路およびカソードガス供給流路と接続され希釈部に向かうアノードオフガスをカソードガス供給流路に導入するカソード導入流路と、カソード導入流路上に設けられ、カソードガス供給流路へアノードオフガスが導入されるのを遮断する導入遮断弁と、水素濃度判断部と、水素濃度判断部により、希釈部で希釈された希釈ガスの水素濃度が所定濃度より高いと判断された場合に、導入遮断弁を開弁させ希釈部に向かうアノードオフガスをカソードガス供給流路へ導入させる遮断弁制御部とを備える。
【選択図】図３
PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress a hydrogen concentration of a mixed gas from becoming higher than a predetermined concentration while suppressing a decrease in power generation performance of the fuel cell in a fuel cell system provided with a diluter.
SOLUTION: A fuel cell system, connected to a fuel cell, an anode off-gas discharge channel, an anode off-gas discharge channel, a dilution unit for introducing and diluting the anode off-gas and discharging it to the outside, and a cathode gas supply flow A cathode introduction channel for introducing the anode off gas toward the dilution section and connected to the anode off gas discharge channel and the cathode gas supply channel into the cathode gas supply channel, and the cathode gas supply flow provided on the cathode introduction channel. When the hydrogen concentration of the diluted gas diluted in the dilution unit is determined to be higher than the predetermined concentration by the introduction cutoff valve, the hydrogen concentration determination unit, and the hydrogen concentration determination unit that block the anode off gas from being introduced into the road And a shut-off valve control unit for opening the introduction shut-off valve and introducing the anode off-gas toward the dilution unit into the cathode gas supply channel.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、燃料電池システムから外部に排出する水素の濃度を低減させる技術に関する。 The present invention relates to a technique for reducing the concentration of hydrogen discharged from a fuel cell system to the outside.

近年、新しいエネルギ源として、水素を含む燃料ガス（以下、アノードガスと呼ぶ。）と酸素を含む酸化ガス（以下、カソードガスと呼ぶ。）とを用いて発電を行う燃料電池が注目されている。この燃料電池内に配される流路であって、アノードガスが流れる流路をアノード流路と呼ぶ。この燃料電池の燃料極（以下、アノードと呼ぶ。）では、アノードガスが電気化学反応に供された後、排ガスがアノードオフガスとして排出される。このアノードオフガスには、電気化学反応に供されなかった水素が含まれる。そこで、この燃料電池を備える燃料電池システムでは、例えば、未反応の水素を含むアノードオフガスを、新鮮なアノードガスと混合し、再度アノードに供給（循環供給）して、未反応の水素を再利用することにより、水素の利用率を向上させている。なお、以下では、燃料電池の酸素極をカソードと呼び、カソードでカソードガスが電気化学反応に供された後の排ガスをカソードオフガスと呼ぶ。 In recent years, fuel cells that generate power using a fuel gas containing hydrogen (hereinafter referred to as anode gas) and an oxidizing gas (hereinafter referred to as cathode gas) containing oxygen have attracted attention as new energy sources. . A flow path arranged in the fuel cell and through which the anode gas flows is called an anode flow path. In the fuel electrode (hereinafter referred to as an anode) of this fuel cell, after the anode gas is subjected to an electrochemical reaction, the exhaust gas is discharged as an anode off gas. The anode off gas contains hydrogen that has not been subjected to an electrochemical reaction. Therefore, in a fuel cell system including this fuel cell, for example, an anode off-gas containing unreacted hydrogen is mixed with fresh anode gas, supplied to the anode again (circulation supply), and unreacted hydrogen is reused. By doing so, the utilization rate of hydrogen is improved. Hereinafter, the oxygen electrode of the fuel cell is referred to as a cathode, and the exhaust gas after the cathode gas is subjected to an electrochemical reaction at the cathode is referred to as a cathode off gas.

ところで、上記燃料電池のアノードでは、窒素等の不純ガスがカソード側から電解質膜を透過してくる場合がある。このようにして透過してきた不純ガスは、アノードオフガスに混入する。そして、上述のごとく水素の再利用のため、不純ガスが混入したアノードオフガスをアノードに循環供給することを繰り返すと、アノードに供給するアノードガス中の不純ガスの濃度が上昇し、燃料電池の発電性能が低下する場合がある。 Incidentally, in the anode of the fuel cell, an impure gas such as nitrogen may permeate the electrolyte membrane from the cathode side. The impure gas that has permeated in this manner is mixed into the anode off-gas. If the anode off-gas mixed with impure gas is circulated and supplied to the anode repeatedly for the purpose of hydrogen recycling as described above, the concentration of the impure gas in the anode gas supplied to the anode increases, and the power generation of the fuel cell Performance may be degraded.

従って、このような問題を解決するため、上述の燃料電池システムでは、アノードガス（またはアノードオフガス）に混入した不純ガスを、アノードガスやアノードオフガスと共に燃料電池システムの外部に排出するようにしている。しかし、これらのガス中には水素も含まれおり、そのまま大気に放出するのは好ましくない。そこで、希釈器を用いて、排出するアノードガス若しくはアノードオフガス（以下、これらを排出アノード系ガスと呼ぶ。）を、カソードで電気化学反応に供されて排出されたカソードオフガスと混合して水素濃度を所定濃度以下に低下させた後、大気に放出する技術が提案されている。なお、以下では、希釈器において、カソードオフガスと排出アノード系ガスとが混合したガスを、単に混合ガスと呼ぶ。 Therefore, in order to solve such a problem, in the above-described fuel cell system, the impure gas mixed in the anode gas (or the anode off gas) is discharged to the outside of the fuel cell system together with the anode gas and the anode off gas. . However, hydrogen is also contained in these gases, and it is not preferable to release them to the atmosphere as they are. Therefore, using a diluter, the anode gas or anode off-gas to be discharged (hereinafter referred to as “discharged anode gas”) is mixed with the cathode off-gas discharged by being subjected to an electrochemical reaction at the cathode, and the hydrogen concentration There has been proposed a technique for reducing the content of the water to a predetermined concentration or less and then releasing it into the atmosphere. Hereinafter, a gas in which the cathode off gas and the exhaust anode gas are mixed in the diluter is simply referred to as a mixed gas.

例えば、下記特許文献１に記載の技術には、このような希釈器を備える燃料電池システムが開示されている。この燃料電池システムでは、排出アノード系ガスを希釈器で希釈して、希釈器から排出される混合ガスの水素濃度を低下させるようにしているが、混合ガスの水素濃度が高くなってくると、排出アノード系ガスの排出を禁止し、混合ガスの水素濃度が所定濃度より高くなることを抑制するようにしている。 For example, the technique described in Patent Document 1 below discloses a fuel cell system including such a diluter. In this fuel cell system, the exhaust anode system gas is diluted with a diluter to reduce the hydrogen concentration of the mixed gas discharged from the diluter, but when the hydrogen concentration of the mixed gas increases, The discharge anode system gas is prohibited from being discharged, and the hydrogen concentration of the mixed gas is prevented from becoming higher than a predetermined concentration.

特開２００４−５５２８７号公報JP 2004-55287 A

しかしながら、上述した特許文献１に記載の燃料電池システムでは、排出アノード系ガスの排出を禁止してしまうと、アノードガス（またはアノードオフガス）に混入した不純ガス等が排出されず、燃料電池の発電性能が低下するという問題があった。 However, in the fuel cell system described in Patent Document 1 described above, if the discharge of the exhaust anode gas is prohibited, the impure gas mixed in the anode gas (or the anode off gas) is not discharged, and the power generation of the fuel cell is performed. There was a problem that the performance deteriorated.

なお、上述した希釈器であるが、排出アノード系ガスを希釈する場合に、カソードオフガスと混合して、排出アノード系ガスに含まれる水素を希釈するようにしているが、排出アノード系ガスを希釈する場合に、カソードガスと混合して希釈するような仕組みでもよいし、コンプレッサ等で送風されてくる他の所定のガスと混合して希釈するような仕組みであってもよい。 In addition, although it is a diluter mentioned above, when diluting exhaust anode system gas, it mixes with cathode off gas and dilutes hydrogen contained in exhaust anode system gas, but dilutes exhaust anode system gas. In such a case, a mechanism for mixing and diluting with the cathode gas may be used, or a mechanism for mixing and diluting with other predetermined gas blown by a compressor or the like may be used.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、希釈器を備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電性能の低下を抑制しつつ、混合ガスの水素濃度が所定濃度より高くなることを抑制することが可能な技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in a fuel cell system equipped with a diluter, the hydrogen concentration of the mixed gas is suppressed from becoming higher than a predetermined concentration while suppressing a decrease in power generation performance of the fuel cell. It aims at providing the technology which can be done.

上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の燃料電池システムは、
燃料電池システムであって、
アノードおよびカソードを備えた燃料電池と、
前記アノードで電気化学反応に供された後のアノードオフガスを排出するためのアノードオフガス排出流路と、
前記アノードオフガス排出流路と接続され、前記アノードオフガスを導入し、希釈して外部へ排出するための希釈部と、
電気化学反応に供するためのカソードガスを前記カソードに供給するためのカソードガス供給流路と、
前記アノードオフガス排出流路および前記カソードガス供給流路と接続され、前記希釈部に向かう前記アノードオフガスを前記カソードガス供給流路に導入するためのカソード導入流路と、
前記カソード導入流路上に設けられ、前記カソードガス供給流路へ、前記アノードオフガスが導入されるのを遮断する導入遮断弁と、
前記希釈部で希釈された希釈ガスの水素濃度が所定濃度より高いか否かを判断する水素濃度判断部と、
前記水素濃度判断部により、前記希釈部で希釈された希釈ガスの水素濃度が前記所定濃度より高いと判断された場合には、前記導入遮断弁を開弁させて、前記希釈部に向かう前記アノードオフガスを前記カソードガス供給流路へ導入させる遮断弁制御部と、
を備えたことを要旨とする。 In order to achieve at least a part of the above object, a fuel cell system of the present invention includes:
A fuel cell system,
A fuel cell comprising an anode and a cathode;
An anode offgas discharge flow path for discharging the anode offgas after being subjected to an electrochemical reaction at the anode;
A dilution section connected to the anode off-gas discharge flow path, for introducing the anode off-gas, diluting it, and discharging it to the outside;
A cathode gas supply channel for supplying a cathode gas for use in an electrochemical reaction to the cathode;
A cathode introduction flow path connected to the anode off gas discharge flow path and the cathode gas supply flow path, for introducing the anode off gas toward the dilution section into the cathode gas supply flow path;
An introduction cutoff valve that is provided on the cathode introduction flow path and blocks the introduction of the anode off gas to the cathode gas supply flow path;
A hydrogen concentration determination unit for determining whether the hydrogen concentration of the diluted gas diluted in the dilution unit is higher than a predetermined concentration;
When the hydrogen concentration determination unit determines that the hydrogen concentration of the diluted gas diluted in the dilution unit is higher than the predetermined concentration, the introduction cutoff valve is opened and the anode toward the dilution unit is opened. A shut-off valve controller for introducing an off gas into the cathode gas supply channel;
The main point is that

上記構成の燃料電池システムによれば、希釈部から排出される排出ガスの水素濃度が所定濃度より高い場合には、希釈部に向かうアノードオフガスをカソードガス供給流路へ導入するようにしている。このようにすれば、カソードガス供給流路へ導入されたアノードオフガス中の水素は、カソードガスで希釈され、また、カソードで燃焼した後、燃料電池システムの外部に排出されるので、燃料電池システムの外部に排出されるアノードオフガス中の水素濃度が所定濃度より高くなることを抑制することができる。また、このようにすれば、アノードオフガスの燃料電池システムの外部への排出を停止することなく、アノードオフガスの排出は継続されたままであるので、アノードオフガス中の不純ガスの濃度の上昇等に起因する燃料電池の発電性能の低下を抑制することができる。 According to the fuel cell system configured as described above, when the hydrogen concentration of the exhaust gas discharged from the dilution section is higher than a predetermined concentration, the anode off gas toward the dilution section is introduced into the cathode gas supply channel. In this way, the hydrogen in the anode off-gas introduced into the cathode gas supply channel is diluted with the cathode gas, and after being burned at the cathode, it is discharged outside the fuel cell system. It is possible to suppress the hydrogen concentration in the anode off-gas discharged to the outside from becoming higher than a predetermined concentration. In addition, since the anode off-gas discharge continues without stopping the anode off-gas discharge to the outside of the fuel cell system, the increase in the concentration of the impurity gas in the anode off-gas, etc. It is possible to suppress a decrease in the power generation performance of the fuel cell.

上記燃料電池システムにおいて、
前記アノードオフガス排出流路を流れる前記アノードオフガスを再度前記アノードへ供給するための循環ポンプと、
前記循環ポンプの異常を検知するポンプ検知部と、
を備え、
前記水素濃度判断部は、
前記ポンプ検知部が、前記循環ポンプの異常を検知した場合には、前記希釈部で希釈された希釈ガスの水素濃度が所定濃度より高いと判断するようにしてもよい。 In the fuel cell system,
A circulation pump for supplying the anode off gas flowing through the anode off gas discharge channel to the anode again;
A pump detector for detecting an abnormality of the circulating pump;
With
The hydrogen concentration determination unit
When the pump detection unit detects an abnormality of the circulation pump, it may be determined that the hydrogen concentration of the diluted gas diluted in the dilution unit is higher than a predetermined concentration.

循環ポンプに異常があると、循環ポンプによりアノードオフガスが再度アノードへ供給されなくなり、アノードオフガス中の水素濃度が上昇する場合がある。一方、以上のようにすれば、アノードオフガス中の水素を、カソードガスで素早く希釈することができ、また、カソードで燃焼させることができるので、その水素濃度を低下させることができる。従って、以上のようにすれば、アノードオフガス中の水素濃度が高くなっても、迅速にアノードオフガス中の水素を希釈して、燃料電池システムの外部に排出することができる。 When the circulation pump is abnormal, the anode off gas is not supplied to the anode again by the circulation pump, and the hydrogen concentration in the anode off gas may increase. On the other hand, with the above configuration, hydrogen in the anode off-gas can be quickly diluted with the cathode gas and burned at the cathode, so that the hydrogen concentration can be reduced. Therefore, as described above, even if the hydrogen concentration in the anode offgas increases, the hydrogen in the anode offgas can be quickly diluted and discharged to the outside of the fuel cell system.

上記燃料電池システムにおいて、
前記希釈部と接続され、前記カソードで電気化学反応に供された後のカソードオフガス、または、前記カソードで電気化学反応に供する前のカソードガスを前記希釈部に導入するためのカソード系ガス導入流路を備え、
前記希釈部は、
前記アノードオフガスを希釈する場合には、前記カソード系ガス導入流路から導入される前記カソードオフガス、または、前記カソードガスを用いて前記アノードオフガスを希釈するようにしてもよい。 In the fuel cell system,
Cathode gas introduction flow for introducing into the dilution section a cathode off-gas connected to the dilution section and subjected to an electrochemical reaction at the cathode, or a cathode gas before being subjected to an electrochemical reaction at the cathode With a road,
The dilution section is
When diluting the anode off gas, the anode off gas may be diluted using the cathode off gas introduced from the cathode gas introduction passage or the cathode gas.

このようにすれば、希釈部は、燃料電池の電気化学反応に供した後のカソードオフガスや、燃料電池の電気化学反応に供する前のカソードガスを用いて、アノードオフガス中の水素を希釈することができる。従って、アノードオフガスを希釈する場合に、燃料電池システム外から新たに希釈用のガスを希釈部に供給する必要がないので、手間やコストを抑制することができる。 In this way, the dilution unit dilutes the hydrogen in the anode off gas using the cathode off gas after being subjected to the electrochemical reaction of the fuel cell or the cathode gas before being subjected to the electrochemical reaction of the fuel cell. Can do. Therefore, when diluting the anode off gas, it is not necessary to supply a new dilution gas from outside the fuel cell system to the diluting section, so that time and cost can be reduced.

上記燃料電池システムにおいて、
前記カソードガス供給流路上において、前記カソード導入流路が接続する位置よりも前記カソードガスの供給方向に対して下流側の位置に水透過膜を介して加湿を行う加湿器を備えるようにしてもよい。 In the fuel cell system,
On the cathode gas supply channel, a humidifier may be provided that performs humidification via a water permeable membrane at a position downstream of the position where the cathode introduction channel is connected in the cathode gas supply direction. Good.

このようにすれば、カソードガス供給流路に導入されたアノードオフガスが加湿器を通る際に、アノードオフガス中の水素を希釈することができる。 In this way, hydrogen in the anode off gas can be diluted when the anode off gas introduced into the cathode gas supply channel passes through the humidifier.

なお、本発明は、上記した燃料電池システムなどの装置発明の態様に限ることなく、燃料電池システムにおける排出水素濃度維持方法などの方法発明としての態様で実現することも可能である。さらには、それら方法や装置を構築するためのコンピュータプログラムとしての態様や、そのようなコンピュータプログラムを記録した記録媒体としての態様や、上記コンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号など、種々の態様で実現することも可能である。 The present invention is not limited to the above-described aspects of the device invention such as the fuel cell system, but can also be realized as a method invention such as a method for maintaining the exhaust hydrogen concentration in the fuel cell system. Further, aspects as a computer program for constructing those methods and apparatuses, aspects as a recording medium recording such a computer program, data signals embodied in a carrier wave including the computer program, etc. It can also be realized in various ways.

また、本発明をコンピュータプログラムまたはそのプログラムを記録した記録媒体等として構成する場合には、上記装置の動作を制御するプログラム全体として構成するものとしてもよいし、本発明の機能を果たす部分のみを構成するものとしてもよい。 Further, when the present invention is configured as a computer program or a recording medium that records the program, the entire program for controlling the operation of the apparatus may be configured, or only the portion that performs the functions of the present invention. It may be configured.

以下では、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の手順で説明する。
Ａ．実施例：
Ａ１．燃料電池システムの構成：
Ａ２．アノードオフガス希釈処理：
Ｂ．変形例： Hereinafter, the embodiment of the present invention will be described based on the following procedure.
A. Example:
A1. Configuration of fuel cell system:
A2. Anode off-gas dilution treatment:
B. Variation:

Ａ．実施例：
Ａ１．燃料電池システムの構成：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池システム１００の構成を示すブロック図である。この燃料電池システム１００は、主に燃料電池１０と、水素タンク２０と、ブロワ３０と、加湿器４０と、循環ポンプ５０と、希釈器６０と、気液分離器７０と、エゼクタ８０と、水素濃度センサ９０と、水素遮断弁２００と、調圧弁２２０と、アノードオフガス排出弁２４０と、カソードオフガス調圧弁２５０と、還流弁２６０と、制御回路４００と、を備えている。 A. Example:
A1. Configuration of fuel cell system:
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system 100 as an embodiment of the present invention. This fuel cell system 100 mainly includes a fuel cell 10, a hydrogen tank 20, a blower 30, a humidifier 40, a circulation pump 50, a diluter 60, a gas-liquid separator 70, an ejector 80, a hydrogen The concentration sensor 90, the hydrogen cutoff valve 200, the pressure regulating valve 220, the anode off gas discharge valve 240, the cathode off gas pressure regulating valve 250, the reflux valve 260, and the control circuit 400 are provided.

燃料電池１０は、固体高分子型の燃料電池であり、構成単位である単セル（以下単にセルと呼ぶ。）を複数積層したスタック構造を有している。各セルは、電解質膜（図示せず）を挟んでアノード（図示せず）とカソード（図示せず）とを配置した構成となっている。燃料電池１０は、各々のセルのアノード側に水素を含有するアノードガスを供給し、カソード側に酸素を含有するカソードガスを供給することで、電気化学反応が進行し、起電力を生じる。燃料電池１０は、生じた電力を燃料電池１０に接続される所定の負荷（例えば、モータや蓄電池。）に供給する。なお、燃料電池１０としては、上記した固体高分子型燃料電池の他、水素分離膜型燃料電池や、アルカリ水溶液電解質型や、リン酸電解質型や、あるいは溶融炭酸塩電解質型等、種々のタイプの燃料電池を用いることができる。以下では、燃料電池１０のアノードガスが流れる流路をアノード流路２５と呼び、カソードガスが流れる流路をカソード流路３５と呼ぶ。 The fuel cell 10 is a polymer electrolyte fuel cell and has a stack structure in which a plurality of unit cells (hereinafter simply referred to as cells) are stacked. Each cell has a configuration in which an anode (not shown) and a cathode (not shown) are arranged with an electrolyte membrane (not shown) interposed therebetween. The fuel cell 10 supplies an anode gas containing hydrogen to the anode side of each cell and supplies a cathode gas containing oxygen to the cathode side, whereby an electrochemical reaction proceeds to generate an electromotive force. The fuel cell 10 supplies the generated power to a predetermined load (for example, a motor or a storage battery) connected to the fuel cell 10. As the fuel cell 10, various types such as a hydrogen separation membrane fuel cell, an alkaline aqueous electrolyte type, a phosphoric acid electrolyte type, or a molten carbonate electrolyte type, in addition to the above-described solid polymer type fuel cell. The fuel cell can be used. Hereinafter, the flow path through which the anode gas of the fuel cell 10 flows is referred to as an anode flow path 25, and the flow path through which the cathode gas flows is referred to as a cathode flow path 35.

水素タンク２０は、高圧の水素ガスが貯蔵される貯蔵装置であり、アノードガス供給流路２４を介して燃料電池１０のアノード流路２５に接続されている。アノードガス供給流路２４上において、水素タンク２０から近い順番に、水素遮断弁２００と、調圧弁２２０とが設けられている。水素遮断弁２００を開弁することにより、燃料電池１０に水素ガスをアノードガスとして供給する。なお、水素タンク２０に代えて、アルコール、炭化水素、アルデヒドなどを原料とする改質反応によって水素を生成し、アノード側へ供給するものとしてもよい。 The hydrogen tank 20 is a storage device that stores high-pressure hydrogen gas, and is connected to the anode flow path 25 of the fuel cell 10 via the anode gas supply flow path 24. On the anode gas supply channel 24, a hydrogen cutoff valve 200 and a pressure regulating valve 220 are provided in order from the hydrogen tank 20. By opening the hydrogen shut-off valve 200, hydrogen gas is supplied to the fuel cell 10 as an anode gas. Instead of the hydrogen tank 20, hydrogen may be generated by a reforming reaction using alcohol, hydrocarbon, aldehyde or the like as a raw material and supplied to the anode side.

気液分離器７０は、アノードオフガス流路２６とガス循環流路２７と接続されており、アノードで電気化学反応に供された後のアノードオフガスがアノードオフガス流路２６を介して流入するようになっている。気液分離器７０に流入したアノードオフガスのうち、アノードオフガスに含まれる水蒸気は、凝縮して水となり、気液分離器７０内に貯留される。また、水蒸気が除去されたアノードオフガスは、ガス循環流路２７上に設けられる循環ポンプ５０によりガス循環流路２７を介して、アノードガス供給流路２４に再度供給される。このようにして、アノードオフガスに含まれる水素は、循環して、アノードガスとして再び発電に使用される。以下では、アノードオフガスに含まれる水素が循環する流路、すなわち、ガス循環流路２７、アノードガス供給流路２４、アノード流路２５、アノードオフガス流路２６から形成される流路を水素循環系流路と呼ぶ。 The gas-liquid separator 70 is connected to the anode off-gas channel 26 and the gas circulation channel 27 so that the anode off-gas after being subjected to an electrochemical reaction at the anode flows through the anode off-gas channel 26. It has become. Of the anode off-gas flowing into the gas-liquid separator 70, the water vapor contained in the anode off-gas is condensed into water and stored in the gas-liquid separator 70. The anode off-gas from which the water vapor has been removed is supplied again to the anode gas supply channel 24 via the gas circulation channel 27 by the circulation pump 50 provided on the gas circulation channel 27. In this way, the hydrogen contained in the anode off-gas is circulated and used again for power generation as the anode gas. In the following, a flow path through which hydrogen contained in the anode off gas circulates, that is, a flow path formed from the gas circulation flow path 27, the anode gas supply flow path 24, the anode flow path 25, and the anode off gas flow path 26 is referred to as a hydrogen circulation system. This is called a flow path.

また、気液分離器７０の下部には、パージ流路２８が接続されている。パージ流路２８上には、アノードオフガス排出弁２４０が設けられている。アノードオフガスに含まれる水素以外の不純ガス（窒素等）は、水素循環系流路を循環するうちに、濃度が徐々に増加してしまい、その結果、燃料電池１０の電池性能の低下を招く。そこで、本実施例の燃料電池システム１００では、アノードオフガス排出弁２４０を定期的に開弁する。そうすると、まず、気液分離器７０内の貯留水がパージ流路２８に排出され、貯留水が無くなると、続いて、気液分離器７０内に流入したアノードオフガスがパージ流路２８に排出される。このようにパージ流路２８に排出された貯留水やアノードオフガスについての詳細は、後述する。 A purge channel 28 is connected to the lower part of the gas-liquid separator 70. An anode off gas discharge valve 240 is provided on the purge flow path 28. Impurity gas (nitrogen or the like) other than hydrogen contained in the anode off-gas gradually increases in concentration while circulating through the hydrogen circulation system flow path, and as a result, the cell performance of the fuel cell 10 is degraded. Therefore, in the fuel cell system 100 of the present embodiment, the anode offgas discharge valve 240 is periodically opened. Then, first, the stored water in the gas-liquid separator 70 is discharged to the purge flow path 28, and when the stored water disappears, the anode off gas that has flowed into the gas-liquid separator 70 is discharged to the purge flow path 28. The Details of the stored water and anode off gas discharged to the purge flow path 28 will be described later.

ブロワ３０は、空気をカソードガスとして燃料電池１０のカソード（図示せず）に供給するための装置である。ブロワ３０は、カソードガス供給流路３４を介して燃料電池１０のカソード流路３５に接続されている。カソードガス供給流路３４上には、ブロワ３０に近い順番に、エゼクタ８０、加湿器４０がそれぞれ設けられている。この加湿器４０として、水透過膜としての中空糸を用いた中空糸加湿器を利用している。ブロワ３０で圧縮された空気は、加湿器４０を通過する際に加湿され、燃料電池１０に供給される。 The blower 30 is a device for supplying air as a cathode gas to the cathode (not shown) of the fuel cell 10. The blower 30 is connected to the cathode channel 35 of the fuel cell 10 via the cathode gas supply channel 34. On the cathode gas supply channel 34, an ejector 80 and a humidifier 40 are provided in the order closer to the blower 30. As the humidifier 40, a hollow fiber humidifier using a hollow fiber as a water permeable membrane is used. The air compressed by the blower 30 is humidified when passing through the humidifier 40 and supplied to the fuel cell 10.

また、燃料電池１０のカソード流路３５は、カソードオフガス流路３６と接続されており、カソードで電気化学反応に供された後のカソードオフは、カソードオフガス流路３６に排出される。カソードオフガス流路３６上には、カソードオフガス調圧弁２５０が設けられており、また、カソードオフガス流路３６は、加湿器４０内を通過する。 The cathode flow path 35 of the fuel cell 10 is connected to the cathode off gas flow path 36, and the cathode off after being subjected to the electrochemical reaction at the cathode is discharged to the cathode off gas flow path 36. A cathode offgas pressure regulating valve 250 is provided on the cathode offgas flow path 36, and the cathode offgas flow path 36 passes through the humidifier 40.

希釈器６０は、アノードオフガス中に含まれる水素をカソードオフガスと混合させて希釈する装置であり、カソードオフガス流路３６と、パージ流路２８と、混合ガス排出流路４５とそれぞれ接続されている。パージ流路２８において、アノードオフガス排出弁２４０と希釈器６０との間の中間付近で、還流流路２９と接続しており、還流流路２９は、他端がエゼクタ８０とも接続している。また、還流流路２９上には、還流弁２６０が設けられている。 The diluter 60 is a device that mixes and dilutes hydrogen contained in the anode off gas with the cathode off gas, and is connected to the cathode off gas flow path 36, the purge flow path 28, and the mixed gas discharge flow path 45, respectively. . The purge channel 28 is connected to the reflux channel 29 near the middle between the anode off-gas discharge valve 240 and the diluter 60, and the other end of the reflux channel 29 is also connected to the ejector 80. A reflux valve 260 is provided on the reflux channel 29.

図２は、本実施例における希釈器６０の詳細を説明するための図である。この図２に示すように、希釈器６０は、多孔質セラミックから成る流通板６１によって２つの部屋に区切られ、パージ流路２８からのアノードオフガスが流入し滞留する滞留室６２と、カソードオフガス流路３６からのカソードオフガスが流入する希釈室６３とを備えている。 FIG. 2 is a diagram for explaining details of the diluter 60 in the present embodiment. As shown in FIG. 2, the diluter 60 is divided into two chambers by a flow plate 61 made of porous ceramic, a staying chamber 62 in which the anode offgas from the purge flow path 28 flows and stays, and a cathode offgas flow. And a dilution chamber 63 into which the cathode off-gas from the passage 36 flows.

還流弁２６０が閉弁状態の場合、気液分離器７０から排出されたアノードオフガスは、パージ流路２８を介して、希釈器６０の滞留室６２へ流入し、滞留する。この場合、希釈器６０において、希釈室６３に流入したカソードオフガスは、そのまま通過して、混合ガス排出流路４５を介して外部に排出されるが、この際、滞留室６２に滞留しているアノードオフガスは、カソードオフガスの通過により、多孔質な流通板６１を介して希釈室６３へ徐々に吸い込まれていき、希釈室６３でカソードオフガスと混合する。その結果、希釈器６０の希釈室６３からは、カソードオフガスとアノードオフガスとの混合ガスが、混合ガス排出流路４５を介して燃料電池システム１００の外部に排出されることとなる。 When the recirculation valve 260 is closed, the anode off gas discharged from the gas-liquid separator 70 flows into the retention chamber 62 of the diluter 60 via the purge flow path 28 and stays there. In this case, in the diluter 60, the cathode off gas that has flowed into the dilution chamber 63 passes through as it is and is discharged to the outside through the mixed gas discharge flow path 45. At this time, the cathode off gas stays in the stay chamber 62. The anode off gas is gradually sucked into the dilution chamber 63 through the porous flow plate 61 by the passage of the cathode off gas, and is mixed with the cathode off gas in the dilution chamber 63. As a result, the mixed gas of the cathode off gas and the anode off gas is discharged from the dilution chamber 63 of the diluter 60 to the outside of the fuel cell system 100 through the mixed gas discharge channel 45.

一方、還流弁２６０が開弁状態の場合、カソードガス供給流路３４にカソードガスが流れている時には、気液分離器７０から排出されたアノードオフガスは、エゼクタ８０のジョットポンプ効果により吸引され、還流流路２９を介してカソードガス供給流路３４に流入（還流）する。この場合、エゼクタ８０の吸引作用により、希釈器６０の滞留室６２内に滞留するアノードオフガスも、パージ流路２８を逆流し、還流流路２９を介してカソードガス供給流路３４に流入（還流）する。 On the other hand, when the recirculation valve 260 is in the open state, when the cathode gas is flowing in the cathode gas supply channel 34, the anode off-gas discharged from the gas-liquid separator 70 is sucked by the jot pump effect of the ejector 80, It flows (refluxs) into the cathode gas supply channel 34 through the reflux channel 29. In this case, due to the suction action of the ejector 80, the anode off gas that stays in the retention chamber 62 of the diluter 60 also flows backward in the purge passage 28 and flows into the cathode gas supply passage 34 via the reflux passage 29 (reflux). )

また、図１に示すように、混合ガス排出流路４５上には、混合ガスの水素濃度を検出するための水素濃度センサ９０が備えられている。 Further, as shown in FIG. 1, a hydrogen concentration sensor 90 for detecting the hydrogen concentration of the mixed gas is provided on the mixed gas discharge channel 45.

制御回路４００は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行するＣＰＵ（図示せず）と、ＣＰＵで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭ（図示せず）と、同じくＣＰＵで各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭ（図示せず）と、各種信号を入出力する入出力ポート（図示せず）等を備え、ブロワ３０、加湿器４０、循環ポンプ５０、水素遮断弁２００、カソードオフガス調圧弁２５０、アノードオフガス排出弁２４０、および、還流弁２６０などの燃料電池システム１００に関する種々の制御を行う。 The control circuit 400 is configured as a logic circuit centered on a microcomputer, and more specifically, a CPU (not shown) that executes predetermined calculations according to a preset control program and various arithmetic processes performed by the CPU. A ROM (not shown) in which control programs and control data necessary for the above are stored in advance, and a RAM (not shown) in which various data necessary for performing various arithmetic processes in the CPU are temporarily read and written. And an input / output port (not shown) for inputting / outputting various signals, etc., a blower 30, a humidifier 40, a circulation pump 50, a hydrogen shut-off valve 200, a cathode offgas pressure regulating valve 250, an anode offgas discharge valve 240, and Various controls relating to the fuel cell system 100 such as the reflux valve 260 are performed.

また、制御回路４００は、弁制御部４１０、および、水素濃度検出部４２０として機能し、後述のアノードオフガス希釈処理を実行する。水素濃度検出部４２０は、水素濃度センサ９０から混合ガスの水素濃度を検出する。 Further, the control circuit 400 functions as a valve control unit 410 and a hydrogen concentration detection unit 420, and executes an anode off-gas dilution process described later. The hydrogen concentration detector 420 detects the hydrogen concentration of the mixed gas from the hydrogen concentration sensor 90.

なお、アノードオフガス流路２６、および、パージ流路２８は、請求項におけるアノードオフガス排出流路に該当する。希釈器６０は、請求項における希釈部に該当する。還流流路２９は、請求項におけるカソード導入流路に該当する。還流弁２６０は、請求項における導入遮断弁に該当する。弁制御部４１０は、請求項における水素濃度判断部および遮断弁制御部に該当する。カソードガス供給流路３４またはカソード流路３５は、請求項におけるカソードガス供給流路に該当する。カソードオフガス流路３６は、請求項におけるカソード系ガス導入流路に該当する。 Note that the anode off gas passage 26 and the purge passage 28 correspond to the anode off gas discharge passage in the claims. The diluter 60 corresponds to a diluting section in the claims. The reflux channel 29 corresponds to the cathode introduction channel in the claims. The reflux valve 260 corresponds to the introduction cutoff valve in the claims. The valve control unit 410 corresponds to a hydrogen concentration determination unit and a shutoff valve control unit in the claims. The cathode gas supply channel 34 or the cathode channel 35 corresponds to a cathode gas supply channel in claims. The cathode off-gas channel 36 corresponds to a cathode gas introduction channel in claims.

Ａ２．アノードオフガス希釈処理：
図３は、本実施例の燃料電池システム１００が行うアノードオフガス希釈処理のフローチャートである。この処理は、燃料電池システム１００の始動時や運転中において、定期的に行われる処理であり、制御回路４００は、所定のタイミングになると、このアノードオフガス希釈処理を実行する。なお、この処理の前提条件として、ブロワ３０および循環ポンプ５０が稼動中であり、水素遮断弁２００は開弁状態である。また、アノードオフガス排出弁２４０および還流弁２６０は、閉弁状態となっている。 A2. Anode off-gas dilution treatment:
FIG. 3 is a flowchart of anode offgas dilution processing performed by the fuel cell system 100 of the present embodiment. This process is a process that is periodically performed when the fuel cell system 100 is started up or in operation, and the control circuit 400 executes the anode off-gas dilution process at a predetermined timing. As a precondition for this process, the blower 30 and the circulation pump 50 are in operation, and the hydrogen shut-off valve 200 is open. Further, the anode off-gas discharge valve 240 and the reflux valve 260 are in a closed state.

弁制御部４１０は、所定のタイミングになると、アノードオフガス排出弁２４０を開弁する（ステップＳ１０）。そうすると、最初は、還流弁２６０が閉弁状態であるので、まず、気液分離器７０内のアノードオフガスは、パージ流路２８を介して、希釈器６０の滞留室６２へ流入する。還流弁２６０が開弁状態となった場合についての詳細は、後述する。 The valve control unit 410 opens the anode offgas discharge valve 240 at a predetermined timing (step S10). Then, since the reflux valve 260 is initially closed, first, the anode off gas in the gas-liquid separator 70 flows into the retention chamber 62 of the diluter 60 via the purge flow path 28. Details of the case where the recirculation valve 260 is opened will be described later.

次に、水素濃度検出部４２０は、水素濃度センサ９０から希釈器６０から排出される混合ガスの水素濃度Ｋを検出する（ステップＳ２０）。 Next, the hydrogen concentration detection unit 420 detects the hydrogen concentration K of the mixed gas discharged from the diluter 60 from the hydrogen concentration sensor 90 (step S20).

続いて、弁制御部４１０は、検出した水素濃度Ｋが、所定値Ｋｔより高いか否かを判断する（ステップＳ３０）。この所定値Ｋｔは、下記式（１）より求められ、予め定められる基準値Ｋｕから微小値Δｋを減算した値である。なお、基準値Ｋｕは、燃料電池システム１００の具体的な設計や社会的に要求される値等に基づいて決定される。
Ｋｔ＝Ｋｕ−Δｋ・・・（１） Subsequently, the valve control unit 410 determines whether or not the detected hydrogen concentration K is higher than a predetermined value Kt (step S30). The predetermined value Kt is obtained by the following equation (1) and is a value obtained by subtracting the minute value Δk from a predetermined reference value Ku. The reference value Ku is determined based on a specific design of the fuel cell system 100, socially required values, and the like.
Kt = Ku−Δk (1)

弁制御部４１０は、検出した水素濃度Ｋが所定値Ｋｔより高くない、すなわち、検出した水素濃度Ｋが所定値Ｋｔ以下の場合（ステップＳ３０：ＮＯ）には、アノードオフガス排出弁２４０を開弁してから所定時間Ｔｍ経過したか否かを判断する（ステップＳ７０）。弁制御部４１０が、所定時間Ｔｍ経過していないと判断すると（ステップＳ７０：ＮＯ）、水素濃度検出部４２０が、再度、ステップＳ２０の処理を行う。このように、弁制御部４１０は、アノードオフガス排出弁２４０開弁後に所定時間Ｔｍ経過していない状態において、水素濃度検出部４２０が検出した水素濃度Ｋが所定値Ｋｔより高くならないかを常に監視している。 When the detected hydrogen concentration K is not higher than the predetermined value Kt, that is, when the detected hydrogen concentration K is not higher than the predetermined value Kt (step S30: NO), the valve control unit 410 opens the anode offgas discharge valve 240. Then, it is determined whether or not a predetermined time Tm has elapsed (step S70). When the valve control unit 410 determines that the predetermined time Tm has not elapsed (step S70: NO), the hydrogen concentration detection unit 420 performs the process of step S20 again. As described above, the valve control unit 410 always monitors whether the hydrogen concentration K detected by the hydrogen concentration detection unit 420 does not become higher than the predetermined value Kt in a state where the predetermined time Tm has not elapsed after the anode offgas discharge valve 240 is opened. is doing.

弁制御部４１０は、検出した水素濃度Ｋが所定値Ｋｔより高くならず、そのまま所定時間Ｔｍ経過した場合（ステップＳ７０：ＹＥＳ）には、アノードオフガス排出弁２４０を閉弁する（ステップＳ８０）。そうすると、気液分離器７０からアノードオフガスが排出されなくなり、希釈器６０の滞留室６２へのアノードオフガスの流入も停止する。その後、このアノードオフガス希釈処理を終了する。 When the detected hydrogen concentration K does not become higher than the predetermined value Kt and the predetermined time Tm has passed as it is (step S70: YES), the valve control unit 410 closes the anode offgas discharge valve 240 (step S80). As a result, the anode off gas is not discharged from the gas-liquid separator 70, and the inflow of the anode off gas into the retention chamber 62 of the diluter 60 is also stopped. Thereafter, this anode off-gas dilution process is terminated.

一方、弁制御部４１０は、検出した水素濃度Ｋが所定値Ｋｔより高くなったと判断すると（ステップＳ３０：ＹＥＳ）、還流弁２６０を開弁する（ステップＳ４０）。そうすると、気液分離器７０内のアノードオフガスは、パージ流路２８、還流流路２９、および、エゼクタ８０を介して、カソードガス供給流路３４を流れるカソードガスに混入し、カソードガスと共に、加湿器４０を介してカソード流路３５へ流入する。また、希釈器６０の滞留室６２内に滞留するアノードオフガスも、エゼクタ８０の吸引作用により、パージ流路２８を逆流し、還流流路２９およびエゼクタ８０を介してカソードガス供給流路３４を流れるカソードガスに混入し、カソードガスと共に、加湿器４０を介してカソード流路３５へ流入する。この場合、カソードガスに混入したアノードオフガス中の水素は、カソードが触媒となり、カソード上でカソードガス中の酸素と共に燃焼する。そして、アノードオフガスは、カソードオフガスと共に、カソードオフガス流路３６、希釈器６０、および、混合ガス排出流路４５を介して、燃料電池システム１００の外部に排出される。なお、アノードオフガスがカソードオフガスと共に希釈器６０の希釈室６３に流入した場合において、滞留室６２には、ほとんどアノードオフガスが滞留していないので、滞留室６２から希釈室６３へのアノードオフガスの流入はほとんどなく、希釈室６３に流入したアノードオフガスおよびカソードオフガスは、希釈室６３をそのまま通過して混合ガス排出流路４５に排出される。このように、希釈器６０の希釈室６３をそのまま通過するガスであるアノードオフガスとカソードオフガスが混合したガスも、以下では、混合ガスと呼ぶ。 On the other hand, when the valve control unit 410 determines that the detected hydrogen concentration K is higher than the predetermined value Kt (step S30: YES), the valve control unit 410 opens the reflux valve 260 (step S40). Then, the anode off gas in the gas-liquid separator 70 is mixed into the cathode gas flowing through the cathode gas supply channel 34 via the purge channel 28, the reflux channel 29, and the ejector 80, and is humidified together with the cathode gas. It flows into the cathode channel 35 through the vessel 40. Further, the anode off gas that stays in the stay chamber 62 of the diluter 60 also flows backward through the purge flow path 28 by the suction action of the ejector 80, and flows through the cathode gas supply flow path 34 via the reflux flow path 29 and the ejector 80. It mixes with the cathode gas and flows into the cathode flow path 35 through the humidifier 40 together with the cathode gas. In this case, hydrogen in the anode off gas mixed in the cathode gas serves as a catalyst, and burns with oxygen in the cathode gas on the cathode. The anode off gas is discharged to the outside of the fuel cell system 100 through the cathode off gas flow path 36, the diluter 60, and the mixed gas discharge flow path 45 together with the cathode off gas. When the anode off gas flows into the dilution chamber 63 of the diluter 60 together with the cathode off gas, the anode off gas hardly flows into the retention chamber 62, so that the anode off gas flows from the retention chamber 62 into the dilution chamber 63. The anode off-gas and the cathode off-gas flowing into the dilution chamber 63 pass through the dilution chamber 63 as they are and are discharged to the mixed gas discharge passage 45. In this way, a gas in which the anode off gas and the cathode off gas, which are gases that pass through the dilution chamber 63 of the diluter 60 as they are, is also referred to as a mixed gas below.

続いて、弁制御部４１０は、アノードオフガス排出弁２４０を開弁後、所定時間Ｔｍ経過したか否かを判断する（ステップＳ５０）。弁制御部４１０は、アノードオフガス排出弁２４０を開弁させた後、所定時間Ｔｍ経過していない場合（ステップＳ５０：ＮＯ）には、そのまま待機する。 Subsequently, the valve control unit 410 determines whether or not a predetermined time Tm has elapsed after the anode off-gas discharge valve 240 is opened (step S50). After opening the anode offgas discharge valve 240, the valve control unit 410 waits as it is when the predetermined time Tm has not elapsed (step S50: NO).

弁制御部４１０は、還流弁２６０を開弁させた後、所定時間Ｔｍ経過した場合（ステップＳ５０：ＹＥＳ）には、還流弁２６０およびアノードオフガス排出弁２４０を閉弁する（ステップＳ６０）。そうすると、気液分離器７０からアノードオフガスが排出されなくなり、また、アノードオフガスのカソードガスへの混入も停止する。その後、このアノードオフガス希釈処理を終了する。 When the predetermined time Tm has elapsed after opening the recirculation valve 260 (step S50: YES), the valve control unit 410 closes the recirculation valve 260 and the anode off-gas discharge valve 240 (step S60). Then, the anode off gas is not discharged from the gas-liquid separator 70, and the mixing of the anode off gas into the cathode gas is also stopped. Thereafter, this anode off-gas dilution process is terminated.

以上のように、上述の燃料電池システム１００では、アノードオフガス希釈処理（図３）において、混合ガスの水素濃度Ｋが所定値Ｋｔより高くならないかを常に監視し、混合ガス排出流路４５を通過する混合ガスの水素濃度Ｋが所定値Ｋｔより高くなると、還流弁２６０を開弁させるようにしている。そして、気液分離器７０内のアノードオフガスを、カソードガスに混入して、カソードへ送り、その後、混合ガス（アノードオフガスおよびカソードオフガスの混合ガス）として燃料電池システム１００の外部に排出するようにしている。このようにすれば、アノードオフガス中の水素は、カソードガスに混入されることにより希釈され、また、カソード上で燃焼するので、混合ガス排出流路４５を通過する混合ガスの水素濃度を低下させることができる。その結果、混合ガス排出流路４５を通過する混合ガスの水素濃度が基準値Ｋｕ（所定値Ｋｔ＋Δｋ）より高くなることを抑制することができる。また、この場合、アノードオフガス排出弁２４０は、開弁したままであり、すなわち、気液分離器７０から、アノードオフガスの排出は継続されたままであるので、アノードオフガス中の不純ガスの濃度の上昇等に起因して燃料電池１０の発電性能の低下を抑制することができる。さらに、以上のようにすれば、希釈器６０の滞留室６２の大きさをある程度小型化し、アノードオフガスの滞留量を小さくしても、混合ガス排出流路４５を通過する混合ガスの水素濃度Ｋが所定値Ｋｔより高くなった場合に、気液分離器７０内のアノードオフガスを、カソードガスに混入して、カソードへ送り、アノードオフガス中の水素を燃焼させて、混合ガス排出流路４５を通過する混合ガスの水素濃度が基準値Ｋｕ（所定値Ｋｔ＋Δｋ）より高くなることを抑制することができる。その結果、希釈器６０を小型化しても、燃料電池１０の電池性能の低下を抑制することができる。 As described above, in the above-described fuel cell system 100, in the anode off-gas dilution process (FIG. 3), it is always monitored whether the hydrogen concentration K of the mixed gas becomes higher than the predetermined value Kt and passes through the mixed gas discharge passage 45. When the hydrogen concentration K of the mixed gas to be increased is higher than the predetermined value Kt, the reflux valve 260 is opened. Then, the anode off gas in the gas-liquid separator 70 is mixed into the cathode gas, sent to the cathode, and then discharged to the outside of the fuel cell system 100 as a mixed gas (a mixed gas of the anode off gas and the cathode off gas). ing. In this way, hydrogen in the anode off gas is diluted by being mixed into the cathode gas, and burns on the cathode, so that the hydrogen concentration of the mixed gas passing through the mixed gas discharge passage 45 is reduced. be able to. As a result, it is possible to suppress the hydrogen concentration of the mixed gas passing through the mixed gas discharge channel 45 from becoming higher than the reference value Ku (predetermined value Kt + Δk). Further, in this case, the anode off-gas discharge valve 240 remains open, that is, the discharge of the anode off-gas from the gas-liquid separator 70 continues, so that the concentration of impure gas in the anode off-gas increases. Due to the above, it is possible to suppress a decrease in the power generation performance of the fuel cell 10. Further, as described above, even if the size of the retention chamber 62 of the diluter 60 is reduced to some extent and the retention amount of the anode off gas is reduced, the hydrogen concentration K of the mixed gas passing through the mixed gas discharge passage 45 is reduced. Is higher than a predetermined value Kt, the anode off-gas in the gas-liquid separator 70 is mixed into the cathode gas, sent to the cathode, and the hydrogen in the anode off-gas is burned. It is possible to suppress the hydrogen concentration of the mixed gas passing therethrough from becoming higher than the reference value Ku (predetermined value Kt + Δk). As a result, even if the diluter 60 is reduced in size, it is possible to suppress a decrease in battery performance of the fuel cell 10.

また、上述の燃料電池システム１００では、アノードオフガス希釈処理（図３）において、混合ガス排出流路４５を通過する混合ガスの水素濃度Ｋが所定値Ｋｔより高くなると、還流弁２６０を開弁させ、希釈器６０の滞留室６２内に滞留するアノードオフガスを、エゼクタ８０の吸引作用により、パージ流路２８を逆流させ、還流流路２９およびエゼクタ８０を介してカソードガス供給流路３４を流れるカソードガスに混入し、カソードガスと共に、加湿器４０を介してカソード流路３５へ流入させるようにしている。このようにすれば、混合ガス排出流路４５を通過する混合ガスの水素濃度Ｋが所定値Ｋｔより高くなった場合に、希釈器６０の滞留室６２内に滞留するアノードオフガスの滞留量を少なくとも軽減させることができる。その結果、次のタイミングに、アノードオフガス希釈処理を行う場合に、滞留室６２に新たなアノードオフガスが気液分離器７０から導入された場合であっても、すぐに混合ガス排出流路４５を通過する混合ガスの水素濃度Ｋが所定値Ｋｔより高くなることを抑制することができる。 Further, in the fuel cell system 100 described above, when the hydrogen concentration K of the mixed gas passing through the mixed gas discharge passage 45 becomes higher than the predetermined value Kt in the anode off-gas dilution process (FIG. 3), the reflux valve 260 is opened. The anode off-gas staying in the stay chamber 62 of the diluter 60 is caused to flow backward through the purge flow path 28 by the suction action of the ejector 80 and flow through the cathode gas supply flow path 34 via the reflux flow path 29 and the ejector 80. The gas is mixed into the gas and flows into the cathode flow path 35 through the humidifier 40 together with the cathode gas. In this way, when the hydrogen concentration K of the mixed gas that passes through the mixed gas discharge passage 45 becomes higher than the predetermined value Kt, at least the retention amount of the anode off-gas that remains in the retention chamber 62 of the diluter 60 is reduced. It can be reduced. As a result, when the anode off-gas dilution process is performed at the next timing, even if a new anode off-gas is introduced into the residence chamber 62 from the gas-liquid separator 70, the mixed gas discharge channel 45 is immediately opened. It is possible to suppress the hydrogen concentration K of the mixed gas passing from becoming higher than the predetermined value Kt.

上述の燃料電池システム１００では、加湿器４０内を、カソードガス供給流路３４およびカソードオフガス流路３６が通過している。また、アノードオフガス希釈処理（図３）において、混合ガスの水素濃度Ｋが所定値Ｋｔより高くなると、アノードオフガスを加湿器４０よりもカソードガスの流れ方向に対して上流のカソードガスに混入するようにしている。このようにすれば、アノードオフガスが混入したカソードガスは、加湿器４０を通過する際に、アノードオフガス中の水素が中空糸を介してカソードオフガスに拡散するので、カソードガスに混入したアノードオフガス中の水素濃度は低下する。その結果、混合ガスの水素濃度Ｋが基準値Ｋｕより高くなることを抑制することができる。 In the fuel cell system 100 described above, the cathode gas supply channel 34 and the cathode offgas channel 36 pass through the humidifier 40. Further, in the anode off-gas dilution process (FIG. 3), when the hydrogen concentration K of the mixed gas becomes higher than the predetermined value Kt, the anode off-gas is mixed into the cathode gas upstream of the humidifier 40 in the cathode gas flow direction. I have to. In this way, when the cathode gas mixed with the anode off-gas passes through the humidifier 40, hydrogen in the anode off-gas diffuses into the cathode off-gas via the hollow fiber. The hydrogen concentration decreases. As a result, it is possible to suppress the hydrogen concentration K of the mixed gas from becoming higher than the reference value Ku.

上述の燃料電池システム１００では、希釈器６０で滞留室６２に滞留するアノードオフガスを希釈する場合に、カソードから排出されるカソードオフガスを希釈室６３に導入して、アノードオフガスを希釈するようにしている。従って、アノードオフガスを希釈する場合に、燃料電池システム１００外から、新たに希釈用の所定のガスを希釈器６０に導入する必要がないので、手間やコストを抑制することができる。 In the above-described fuel cell system 100, when the anode off gas staying in the stay chamber 62 is diluted by the diluter 60, the cathode off gas discharged from the cathode is introduced into the dilution chamber 63 to dilute the anode off gas. Yes. Therefore, when diluting the anode off gas, it is not necessary to newly introduce a predetermined gas for dilution from the outside of the fuel cell system 100 into the diluter 60, so that time and cost can be reduced.

ところで、特開２００４−３１９３１８号公報には、希釈器を備えない燃料電池システムであり、アノードオフガスを排出する場合において、常にアノードオフガスをカソードガスに混入して、カソードへ送り、カソード上でアノードオフガス中の水素を燃焼し、カソードオフガスと共に燃料電池システムの外部に排出する技術が開示されている。しかしながら、このように、アノードオフガスを排出する場合において、常にアノードオフガスをカソードガスに混入して、カソードへ送り、カソード上で燃焼反応を生じさせると、この燃焼反応で、カソードガス中の酸素も消費されるので、カソードへ供給される酸素が減少し、その結果、燃料電池の電池性能が低下することが考えられる。また、アノードオフガス中には不純ガスが混じっているので、アノードオフガスを排出する場合において、常にアノードオフガスをカソードガスに混入して、カソードへ送ると、不純ガスの混入により、カソードガス中の酸素の分圧が減少し、その結果、燃料電池の電池性能が低下するということが考えられる。一方、上述の燃料電池システム１００では、アノードオフガスを排出する場合、アノードオフガス希釈処理（図３）において、混合ガスの水素濃度Ｋが所定値Ｋ以下の場合は、希釈器６０で希釈しており、混合ガスの水素濃度Ｋが所定値Ｋｔより高くなった場合に限り、アノードオフガスをカソードガスに混入するようにしている。このようにすれば、燃料電池１０の電池性能の低下を抑制しつつ、混合ガス排出流路４５を通過する混合ガスの水素濃度が基準値Ｋｕ（所定値Ｋｔ＋Δｋ）より高くなることを抑制することができる。 By the way, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-319318 discloses a fuel cell system that does not include a diluter. When discharging the anode off-gas, the anode off-gas is always mixed into the cathode gas, sent to the cathode, and the anode on the cathode A technique is disclosed in which hydrogen in off-gas is combusted and discharged to the outside of the fuel cell system together with the cathode off-gas. However, when the anode off gas is discharged as described above, if the anode off gas is always mixed into the cathode gas and sent to the cathode to cause a combustion reaction on the cathode, oxygen in the cathode gas is also generated by this combustion reaction. Since it is consumed, the oxygen supplied to the cathode is reduced, and as a result, the cell performance of the fuel cell may be lowered. In addition, since the impurity gas is mixed in the anode off gas, when the anode off gas is discharged, the anode off gas is always mixed with the cathode gas and sent to the cathode. It is conceivable that the partial pressure of the fuel cell decreases, and as a result, the cell performance of the fuel cell decreases. On the other hand, in the fuel cell system 100 described above, when the anode off-gas is discharged, in the anode off-gas dilution process (FIG. 3), if the hydrogen concentration K of the mixed gas is equal to or lower than the predetermined value K, the anode cell is diluted by the diluter 60 Only when the hydrogen concentration K of the mixed gas is higher than the predetermined value Kt, the anode off gas is mixed into the cathode gas. In this way, it is possible to suppress the hydrogen concentration of the mixed gas passing through the mixed gas discharge passage 45 from becoming higher than the reference value Ku (predetermined value Kt + Δk) while suppressing the deterioration of the battery performance of the fuel cell 10. Can do.

Ｂ．変形例：
なお、本発明では、上記した実施の形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。 B. Variation:
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the invention.

Ｂ１．変形例１：
図４は、本変形例１の燃料電池システム１００が行うアノードオフガス希釈処理のフローチャートである。本変形例の燃料電池システム１００は、上記実施例のアノードオフガス希釈処理（図３）を行う際に、循環ポンプ５０の異常（駆動不能等）を検知した場合には、上記実施例のアノードオフガス希釈処理（図３）を行わず、図４に示す、本変形例のアノードオフガス希釈処理を実行する。また、本変形例の燃料電池システム１００において、上記実施例のアノードオフガス希釈処理（図３）を行っている際に、循環ポンプ５０の異常（駆動不能等）を検知した場合には、上記実施例のアノードオフガス希釈処理（図３）を終了し、本変形例のアノードオフガス希釈処理を実行する。なお、本変形例の燃料電池システム１００において、上記実施例のアノードオフガス希釈処理（図３）を行う際、または、既に、行っている場合に、循環ポンプ５０が正常に作動している時に、そのまま、上記実施例のアノードオフガス希釈処理（図３）を行う。 B1. Modification 1:
FIG. 4 is a flowchart of an anode off-gas dilution process performed by the fuel cell system 100 of the first modification. When the fuel cell system 100 of this modification detects an abnormality (such as inability to drive) of the circulation pump 50 when performing the anode off-gas dilution process (FIG. 3) of the above-described embodiment, the anode off-gas of the above-described embodiment. Without performing the dilution process (FIG. 3), the anode off-gas dilution process of the present modification shown in FIG. 4 is executed. Further, in the fuel cell system 100 of the present modification, when the anode off-gas dilution process (FIG. 3) of the above embodiment is being performed, if an abnormality (such as inability to drive) of the circulation pump 50 is detected, the above-described implementation is performed. The anode off-gas dilution process of the example (FIG. 3) is terminated, and the anode off-gas dilution process of the present modification is executed. In the fuel cell system 100 of the present modification, when the anode off-gas dilution process (FIG. 3) of the above embodiment is performed, or when the circulation pump 50 is operating normally when already performed, The anode off-gas dilution process (FIG. 3) of the above embodiment is performed as it is.

具体的には、弁制御部４１０は、循環ポンプ５０の異常を検知すると、図４に示すように、アノードオフガス排出弁２４０および還流弁２６０を開弁する（ステップＳ１００）。そうすると、気液分離器７０内のアノードオフガスは、パージ流路２８、還流流路２９、および、エゼクタ８０を介して、カソードガス供給流路３４を流れるカソードガスに混入し、カソードガスと共に、加湿器４０を介してカソード流路３５へ流入する。また、希釈器６０の滞留室６２内に滞留するアノードオフガスも、エゼクタ８０の吸引作用により、パージ流路２８を逆流し、還流流路２９およびエゼクタ８０を介してカソードガス供給流路３４を流れるカソードガスに混入し、カソードガスと共に、加湿器４０を介してカソード流路３５へ流入する。この場合、カソードガスに混入したアノードオフガス中の水素は、カソードが触媒となり、カソード上でカソードガス中の酸素と共に燃焼する。そして、アノードオフガスは、カソードオフガスと共に、カソードオフガス流路３６、希釈器６０、および、混合ガス排出流路４５を介して、燃料電池システム１００の外部に排出される。 Specifically, when detecting abnormality of the circulation pump 50, the valve control unit 410 opens the anode off-gas discharge valve 240 and the reflux valve 260 as shown in FIG. 4 (step S100). Then, the anode off gas in the gas-liquid separator 70 is mixed into the cathode gas flowing through the cathode gas supply channel 34 via the purge channel 28, the reflux channel 29, and the ejector 80, and is humidified together with the cathode gas. It flows into the cathode channel 35 through the vessel 40. Further, the anode off gas that stays in the stay chamber 62 of the diluter 60 also flows backward through the purge flow path 28 by the suction action of the ejector 80, and flows through the cathode gas supply flow path 34 via the reflux flow path 29 and the ejector 80. It mixes with the cathode gas and flows into the cathode flow path 35 through the humidifier 40 together with the cathode gas. In this case, hydrogen in the anode off gas mixed in the cathode gas serves as a catalyst, and burns with oxygen in the cathode gas on the cathode. The anode off gas is discharged to the outside of the fuel cell system 100 through the cathode off gas flow path 36, the diluter 60, and the mixed gas discharge flow path 45 together with the cathode off gas.

続いて、弁制御部４１０は、開弁後、所定時間Ｔｏ経過したか否かを判断する（ステップＳ１１０）。弁制御部４１０は、開弁後、所定時間Ｔｏ経過していない場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）には、そのまま待機する。 Subsequently, the valve control unit 410 determines whether or not a predetermined time To has elapsed after the valve is opened (step S110). If the predetermined time To has not elapsed after the valve opening (step S110: NO), the valve control unit 410 waits as it is.

弁制御部４１０は、開弁後、所定時間Ｔｏ経過した場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）には、還流弁２６０およびアノードオフガス排出弁２４０を閉弁する（ステップＳ１２０）。そうすると、気液分離器７０からアノードオフガスが排出されなくなり、また、アノードオフガスのカソードガスへの流入も停止する。その後、このアノードオフガス希釈処理を終了する。 The valve control unit 410 closes the recirculation valve 260 and the anode off-gas discharge valve 240 when the predetermined time To has elapsed after opening (step S110: YES) (step S120). Then, the anode off gas is not discharged from the gas-liquid separator 70, and the inflow of the anode off gas to the cathode gas is stopped. Thereafter, this anode off-gas dilution process is terminated.

ところで、循環ポンプ５０の異常（駆動不能等）を起こした状態で、燃料電池システム１００の運転をしていると、アノードオフガスは、水素循環系流路を循環せず、気液分離器７０内に滞留し、再度アノードで消費されることがないのでそのアノードオフガス中の水素濃度は、高くなってしまう。そこで、以上のように、本変形例の燃料電池システム１００では、上記実施例のアノードオフガス希釈処理（図３）を行う際、または、行っている際に、循環ポンプ５０の異常（駆動不能等）を検知した場合には、アノードオフガス中の水素濃度が高くなり、その結果、混合ガスの水素濃度Ｋも所定値Ｋｔより高いと予測・判断して、本変形例のアノードオフガス希釈処理（図４）を行い、混合ガスの水素濃度検出の結果如何によらず、気液分離器７０からアノードオフガスをカソードガスに混入して、カソードへ送り、その後、混合ガスとして燃料電池システム１００へ排出するようにしている。このようにすれば、アノードオフガス中の水素を、カソードガスで素早く希釈することができ、また、カソードで燃焼させることができるので、その水素濃度を低下させることができる。従って、循環ポンプ５０の異常に起因して、アノードオフガス中の水素濃度が高くなっても、迅速にアノードオフガス中の水素を希釈して、燃料電池システムの外部に排出することができるので、混合ガスの水素濃度が基準値Ｋｕを超えるのを抑制することができる。なお、弁制御部４１０は、請求項におけるポンプ検知部に該当する。 By the way, when the fuel cell system 100 is operated in a state where the circulation pump 50 is abnormal (incapable of driving, etc.), the anode off-gas does not circulate through the hydrogen circulation system flow path, and the gas-liquid separator 70 Therefore, the hydrogen concentration in the anode off-gas becomes high. Thus, as described above, in the fuel cell system 100 according to the present modification, the abnormality of the circulation pump 50 (inability to drive, etc.) occurs during or during the anode off-gas dilution process (FIG. 3) of the above embodiment. ) Is detected, the hydrogen concentration in the anode off-gas is increased, and as a result, the hydrogen concentration K of the mixed gas is predicted and determined to be higher than the predetermined value Kt. 4), regardless of the result of detection of the hydrogen concentration of the mixed gas, the anode off-gas is mixed into the cathode gas from the gas-liquid separator 70, sent to the cathode, and then discharged to the fuel cell system 100 as a mixed gas. I am doing so. In this way, hydrogen in the anode off-gas can be quickly diluted with the cathode gas, and can be burned at the cathode, so that the hydrogen concentration can be reduced. Therefore, even if the hydrogen concentration in the anode offgas increases due to an abnormality in the circulation pump 50, the hydrogen in the anode offgas can be quickly diluted and discharged outside the fuel cell system. It is possible to suppress the hydrogen concentration of the gas from exceeding the reference value Ku. The valve control unit 410 corresponds to the pump detection unit in the claims.

Ｂ２．変形例２：
上記実施例の燃料電池システム１００のアノードオフガス希釈処理（図３）において、混合ガスの水素濃度Ｋが所定値Ｋｔより高くなった場合に、還流弁２６０を開弁させて、気液分離器７０内のアノードオフガスをカソードガスに混入した後、混合ガスの水素濃度Ｋが所定値Ｋｔ以下となった場合には、還流弁２６０を閉弁し、気液分離器７０内のアノードオフガスを希釈器６０の滞留室６２に導入するようにしてもよい。このようにしても、混合ガスの水素濃度が基準値Ｋｕ（所定値Ｋｔ＋Δｋ）より高くなることを抑制することができる。また、この場合、アノードオフガス排出弁２４０は、開弁したままであり、すなわち、気液分離器７０から、アノードオフガスの排出は継続されたままであるので、アノードオフガス中の不純ガスの濃度の上昇等に起因して燃料電池１０の発電性能の低下を抑制することができる。 B2. Modification 2:
In the anode off-gas dilution process (FIG. 3) of the fuel cell system 100 of the above embodiment, when the hydrogen concentration K of the mixed gas becomes higher than the predetermined value Kt, the reflux valve 260 is opened, and the gas-liquid separator 70 is opened. When the hydrogen concentration K of the mixed gas becomes a predetermined value Kt or less after mixing the anode off gas in the cathode gas, the reflux valve 260 is closed and the anode off gas in the gas-liquid separator 70 is diluted. You may make it introduce | transduce into the 60 residence chambers 62. FIG. Even in this case, it is possible to suppress the hydrogen concentration of the mixed gas from becoming higher than the reference value Ku (predetermined value Kt + Δk). Further, in this case, the anode off-gas discharge valve 240 remains open, that is, the discharge of the anode off-gas from the gas-liquid separator 70 continues, so that the concentration of impure gas in the anode off-gas increases. Due to the above, it is possible to suppress a decrease in the power generation performance of the fuel cell 10.

Ｂ３．変形例３：
図５は、本変形例３の燃料電池システム１００の概略構成図である。上記実施例の燃料電池システム１００において、還流流路２９は、パージ流路２８において、アノードオフガス排出弁２４０と希釈器６０との間に接続されているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、図５に示すように、還流流路２９は、パージ流路２８において、アノードオフガス排出弁２４０と気液分離器７０との間に接続されるようにしてもよい。 B3. Modification 3:
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the fuel cell system 100 of the third modification. In the fuel cell system 100 of the above embodiment, the reflux flow path 29 is connected between the anode off-gas discharge valve 240 and the diluter 60 in the purge flow path 28, but the present invention is limited to this. is not. For example, as shown in FIG. 5, the reflux flow path 29 may be connected between the anode off-gas discharge valve 240 and the gas-liquid separator 70 in the purge flow path 28.

また、図５に示すように、還流流路２９上において、還流弁２６０とエゼクタ８０との間に逆止弁９５を設けるようにしてもよい。このようにすれば、還流流路２９において、還流弁２６０を開弁している場合に、カソードガス供給流路３４を流れるカソードガスがパージ流路２８へ逆流するのを防止することができる。 Further, as shown in FIG. 5, a check valve 95 may be provided between the reflux valve 260 and the ejector 80 on the reflux channel 29. In this way, it is possible to prevent the cathode gas flowing through the cathode gas supply channel 34 from flowing back to the purge channel 28 when the reflux valve 260 is opened in the reflux channel 29.

Ｂ４．変形例４：
図６は、本変形例４の燃料電池システム１００の概略構成図である。上記実施例の燃料電池システム１００において、エゼクタ８０は、カソードガス供給流路３４において、ブロワ３０と加湿器４０との間に設けられているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、図６に示すように、エゼクタ８０は、カソードガス供給流路３４上において、加湿器４０と燃料電池１０との間に設けるようにしてもよい。この場合、エゼクタ８０は、できるだけ燃料電池１０に近くなるように設けることが好ましい。このようにすれば、エゼクタ８０と接続する還流流路２９も燃料電池１０に近くなり、還流流路２９の流路長を短縮することができ、その結果、燃料電池システム１００の構成を簡略化することができる。 B4. Modification 4:
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of the fuel cell system 100 of the fourth modification. In the fuel cell system 100 of the above embodiment, the ejector 80 is provided between the blower 30 and the humidifier 40 in the cathode gas supply channel 34, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 6, the ejector 80 may be provided between the humidifier 40 and the fuel cell 10 on the cathode gas supply channel 34. In this case, the ejector 80 is preferably provided as close to the fuel cell 10 as possible. In this way, the return flow path 29 connected to the ejector 80 is also close to the fuel cell 10, and the flow length of the return flow path 29 can be shortened. As a result, the configuration of the fuel cell system 100 is simplified. can do.

Ｂ５．変形例５：
上記実施例の燃料電池システム１００において、希釈器６０は、気液分離器７０から排出されるアノードオフガスを希釈する場合に、カソードオフガスと混合して、アノードオフガスを希釈するようにしているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、希釈器６０は、気液分離器７０から排出されるアノードオフガスを希釈する場合に、カソードガス供給流路３４から燃料電池１０を通さずに希釈器６０にカソードガスを供給する流路（この流路は、請求項におけるカソード系ガス導入流路に該当する。）を設け、その流路から供給したカソードガスと混合して希釈するようにしてもよいし、所定のコンプレッサ等で送風されてくる他の所定のガスと混合して希釈するようにしてもよい。 B5. Modification 5:
In the fuel cell system 100 of the above embodiment, the diluter 60 mixes with the cathode off gas to dilute the anode off gas when diluting the anode off gas discharged from the gas-liquid separator 70. The present invention is not limited to this. For example, when diluting the anode off-gas discharged from the gas-liquid separator 70, the diluter 60 supplies a cathode gas to the diluter 60 without passing through the fuel cell 10 from the cathode gas supply channel 34 ( This flow path corresponds to the cathode gas introduction flow path in the claims), and may be mixed with the cathode gas supplied from the flow path to be diluted, or blown by a predetermined compressor or the like. You may make it dilute by mixing with the other predetermined gas which comes.

Ｂ６．変形例６：
上記実施例の燃料電池システム１００の制御回路４００において、ソフトウェア的に構成されているものを、ハードウェア的に構成するようにしてもよいし、ハードウェア的に構成されているものを、ソフトウェア的に構成するようにしてもよい。 B6. Modification 6:
In the control circuit 400 of the fuel cell system 100 of the above-described embodiment, what is configured as software may be configured as hardware, or what is configured as hardware may be configured as software. You may make it comprise.

Ｂ７．変形例７：
上記実施例の燃料電池システム１００では、アノードオフガスをカソードガス供給流路３４に導入させる場合には、アノードオフガスをエゼクタ８０のジェットポンプ効果により吸引し、カソードガス供給流路３４へ導入させるようにしているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、エゼクタ８０を設けず、ブロワ３０を、加湿器４０よりもカソードガスの供給方向に対して上流側（以下、カソード上流側と呼ぶ。）のカソードガス供給流路３４上に設け、さらに、還流流路２９を、カソードガス供給流路３４においてブロワ３０のカソード上流側に接続させるようにして、アノードオフガスをカソードガス供給流路３４に導入させるようにしてもよい。また、還流流路２９上に所定のポンプを設け、そのポンプによりアノードオフガスをカソードガス供給流路３４に導入するようにしてもよい。 B7. Modification 7:
In the fuel cell system 100 of the above embodiment, when the anode off gas is introduced into the cathode gas supply channel 34, the anode off gas is sucked by the jet pump effect of the ejector 80 and introduced into the cathode gas supply channel 34. However, the present invention is not limited to this. For example, the ejector 80 is not provided, and the blower 30 is provided on the cathode gas supply channel 34 upstream of the humidifier 40 in the cathode gas supply direction (hereinafter referred to as the cathode upstream side). The reflux channel 29 may be connected to the cathode upstream side of the blower 30 in the cathode gas supply channel 34 to introduce the anode off gas into the cathode gas supply channel 34. Further, a predetermined pump may be provided on the reflux channel 29 and the anode off gas may be introduced into the cathode gas supply channel 34 by the pump.

Ｂ８．変形例８：
上記実施例の燃料電池システム１００では、アノードオフガス希釈処理（図３）において、混合ガスの水素濃度Ｋを水素濃度センサ９０により検出しているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、カソードオフガス流路３６から希釈器６０に流入するガスの流量Ｈ１および水素濃度Ｒ１、パージ流路２８から希釈器６０に流入するアノードオフガスの流量Ｈ２および水素濃度Ｒ２、希釈室６３において、ガスの流量Ｈ１に対して滞留室６２から希釈室６３へ吸い込まれるアノードオフガス量Ｈ３等を検出し、それらの検出結果から混合ガスの水素濃度Ｋを推算するようにしてもよい。なお、この場合、例えば、ガスの流量Ｈ１は、ブロワ３０の回転数等から推算可能であり、アノードオフガスの流量Ｈ２は、パージ流路２８において、アノードオフガス排出弁２４０の上流側および下流側の位置を流れるアノードオフガスの圧力値から推算可能である。 B8. Modification 8:
In the fuel cell system 100 of the above embodiment, the hydrogen concentration K of the mixed gas is detected by the hydrogen concentration sensor 90 in the anode off-gas dilution process (FIG. 3), but the present invention is not limited to this. For example, the flow rate H1 and hydrogen concentration R1 of the gas flowing into the diluter 60 from the cathode offgas flow path 36, the flow rate H2 and hydrogen concentration R2 of the anode offgas flowing into the diluter 60 from the purge flow path 28, and the dilution chamber 63 For example, the anode off-gas amount H3 sucked from the residence chamber 62 into the dilution chamber 63 with respect to the flow rate H1 may be detected, and the hydrogen concentration K of the mixed gas may be estimated from the detection results. In this case, for example, the gas flow rate H1 can be estimated from the rotational speed of the blower 30 and the anode offgas flow rate H2 can be calculated on the upstream side and the downstream side of the anode offgas discharge valve 240 in the purge flow path 28. It can be estimated from the pressure value of the anode off-gas flowing through the position.

Ｂ９．変形例９：
上記実施例の燃料電池システム１００では、加湿器４０として中空糸加湿器を用いているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、加湿器４０は、中空糸とは異なる水透過膜を利用して加湿を行う加湿器であってもよい。このようにしても、アノードオフガスが混入したカソードガスは、加湿器４０を通過する際に、アノードオフガス中の水素が水透過膜を介してカソードオフガスに拡散するので、カソードガスに混入したアノードオフガス中の水素濃度は低下する。その結果、混合ガスの水素濃度Ｋが基準値Ｋｕより高くなることを抑制することができる。 B9. Modification 9:
In the fuel cell system 100 of the above embodiment, a hollow fiber humidifier is used as the humidifier 40, but the present invention is not limited to this. For example, the humidifier 40 may be a humidifier that performs humidification using a water permeable membrane different from the hollow fiber. Even in this case, when the cathode gas mixed with the anode off-gas passes through the humidifier 40, hydrogen in the anode off-gas diffuses into the cathode off-gas through the water permeable membrane. The hydrogen concentration inside decreases. As a result, it is possible to suppress the hydrogen concentration K of the mixed gas from becoming higher than the reference value Ku.

本発明の一実施例としての燃料電池システム１００の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system 100 as an embodiment of the present invention. 実施例における希釈器６０の詳細を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the detail of the diluter 60 in an Example. 実施例の燃料電池システム１００が行うアノードオフガス希釈処理のフローチャートである。It is a flowchart of the anode off gas dilution process which the fuel cell system 100 of an Example performs. 変形例１の燃料電池システム１００が行うアノードオフガス希釈処理のフローチャートである。10 is a flowchart of anode off-gas dilution processing performed by the fuel cell system 100 of Modification 1; 変形例３の燃料電池システム１００の概略構成図である。FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system 100 according to Modification 3. 変形例４の燃料電池システム１００の概略構成図である。FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system 100 according to Modification 4;

Explanation of symbols

１０...燃料電池
２０...水素タンク
２４...アノードガス供給流路
２５...アノード流路
２６...アノードオフガス流路
２７...ガス循環流路
２８...パージ流路
２９...還流流路
３０...ブロワ
３４...カソードガス供給流路
３５...カソード流路
３６...カソードオフガス流路
４０...加湿器
４５...混合ガス排出流路
５０...循環ポンプ
６０...希釈器
７０...気液分離器
８０...エゼクタ
９０...水素濃度センサ
９５...逆止弁
１００...燃料電池システム
２１０...気液分離器
２４０...アノードオフガス排出弁
２５０...カソードオフガス調圧弁
２６０...還流弁
４００...制御回路
４１０...弁制御部
４２０...水素濃度検出部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell 20 ... Hydrogen tank 24 ... Anode gas supply flow path 25 ... Anode flow path 26 ... Anode off gas flow path 27 ... Gas circulation flow path 28 ... Purge flow Channel 29 ... Reflux channel 30 ... Blower 34 ... Cathode gas supply channel 35 ... Cathode channel 36 ... Cathode off gas channel 40 ... Humidifier 45 ... Mixed gas discharge Flow path 50 ... Circulating pump 60 ... Diluter 70 ... Gas-liquid separator 80 ... Ejector 90 ... Hydrogen concentration sensor 95 ... Check valve 100 ... Fuel cell system 210. .. Gas-liquid separator 240 ... Anode off gas discharge valve 250 ... Cathode off gas pressure regulating valve 260 ... Reflux valve 400 ... Control circuit 410 ... Valve control unit 420 ... Hydrogen concentration detection unit

Claims

A fuel cell system,
A fuel cell comprising an anode and a cathode;
An anode offgas discharge flow path for discharging the anode offgas after being subjected to an electrochemical reaction at the anode;
A dilution section connected to the anode off-gas discharge flow path, for introducing the anode off-gas, diluting it, and discharging it to the outside;
A cathode gas supply channel for supplying a cathode gas for use in an electrochemical reaction to the cathode;
A cathode introduction flow path connected to the anode off gas discharge flow path and the cathode gas supply flow path, for introducing the anode off gas toward the dilution section into the cathode gas supply flow path;
An introduction cutoff valve that is provided on the cathode introduction flow path and blocks the introduction of the anode off gas to the cathode gas supply flow path;
A hydrogen concentration determination unit for determining whether the hydrogen concentration of the diluted gas diluted in the dilution unit is higher than a predetermined concentration;
When the hydrogen concentration determination unit determines that the hydrogen concentration of the diluted gas diluted in the dilution unit is higher than the predetermined concentration, the introduction cutoff valve is opened and the anode toward the dilution unit is opened. A shut-off valve controller for introducing an off gas into the cathode gas supply channel;
A fuel cell system comprising:

The fuel cell system according to claim 1, wherein
A circulation pump for supplying the anode off gas flowing through the anode off gas discharge channel to the anode again;
A pump detector for detecting an abnormality of the circulating pump;
With
The hydrogen concentration determination unit
When the pump detection unit detects an abnormality of the circulation pump, the fuel cell system determines that the hydrogen concentration of the diluted gas diluted by the dilution unit is higher than a predetermined concentration.

The fuel cell system according to claim 1 or 2,
Cathode gas introduction flow for introducing into the dilution section a cathode off-gas connected to the dilution section and subjected to an electrochemical reaction at the cathode, or a cathode gas before being subjected to an electrochemical reaction at the cathode With a road,
The dilution section is
In the case of diluting the anode off gas, the cathode off gas introduced from the cathode gas introduction flow path or the anode off gas is diluted using the cathode gas.

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3,
On the cathode gas supply flow path, a humidifier is provided that performs humidification via a water permeable membrane at a position downstream of the cathode introduction flow path with respect to the cathode gas supply direction. Fuel cell system.

An exhaust hydrogen concentration maintaining method for maintaining the hydrogen concentration discharged from the fuel cell system below a predetermined concentration,
The fuel cell system includes:
A fuel cell comprising an anode and a cathode;
An anode offgas discharge flow path for discharging the anode offgas after being subjected to an electrochemical reaction at the anode;
A dilution section connected to the anode off-gas discharge flow path, for introducing the anode off-gas, diluting it, and discharging it to the outside;
A cathode gas supply channel for supplying a cathode gas for use in an electrochemical reaction to the cathode;
A cathode introduction flow path connected to the anode off gas discharge flow path and the cathode gas supply flow path, for introducing the anode off gas toward the dilution section into the cathode gas supply flow path;
An introduction cutoff valve that is provided on the cathode introduction flow path and blocks the introduction of the anode off gas to the cathode gas supply flow path;
Consisting of
Determining whether the hydrogen concentration of the diluted gas diluted in the dilution section is higher than a predetermined concentration;
When it is determined that the hydrogen concentration of the dilution gas diluted in the dilution section is higher than the predetermined concentration, the introduction shut-off valve is opened, and the anode off-gas toward the dilution section is supplied to the cathode gas supply flow. The process of introducing into the road,
An exhaust hydrogen concentration maintaining method characterized by comprising: