JP2006236675A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料極及び酸化剤極にそれぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池を備える燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell that generates power by receiving supply of fuel gas and oxidant gas to a fuel electrode and an oxidant electrode, respectively.
従来より、燃料電池から排出された未反応の燃料ガスを燃料電池に循環させる燃料ガス循環経路を備える燃料電池システムが知られており、このような燃料電池システムによれば、未反応の燃料ガスを使用することにより、燃費性能を向上させることができる。ところで、一般にこのような燃料電池システムでは、システム停止後、外部への電力供給は停止されるが、燃料極又は酸化剤極の触媒による酸化反応によって燃料電池内部ではシステム内に残留しているガスが消費される。すなわち、酸化剤ガス供給経路及び燃料ガス循環経路ではそれぞれ空気及び水素が残留し、この残留した空気及び水素は、システム停止時後、燃料電池内部で消費される。 Conventionally, a fuel cell system having a fuel gas circulation path for circulating unreacted fuel gas discharged from a fuel cell to the fuel cell is known. According to such a fuel cell system, unreacted fuel gas is provided. By using the fuel efficiency can be improved. By the way, in such a fuel cell system, the power supply to the outside is stopped after the system is stopped, but the gas remaining in the system inside the fuel cell due to the oxidation reaction by the catalyst of the fuel electrode or the oxidant electrode. Is consumed. That is, air and hydrogen remain in the oxidant gas supply path and the fuel gas circulation path, respectively, and the remaining air and hydrogen are consumed inside the fuel cell after the system is stopped.
ところが、空気中に含まれる酸素は燃料電池内部で消費されるが、窒素は消費されないために酸化剤極側に残る。また、窒素が酸化剤極側に残ると、酸化剤極側の窒素分圧が高まるのに対し、燃料ガス循環経路内のガス圧力は低下するために、窒素は酸化剤極側から燃料極側へとリークし、燃料ガス循環経路内に浸透する。そして、燃料ガス循環経路に窒素が浸透した状態で燃料電池を再起動すると、燃料ガスを燃料極に供給した際、窒素が障害となって燃料ガスが燃料極に供給されず、燃料電池の発電効率が落ちてしまう。このような背景から、従来の燃料電池システムは、システム起動時、パージ弁を開制御することにより燃料ガス循環経路内の残留ガスを系外に排出し、燃料ガス循環経路内の残留ガスを全て燃料ガスに置換した後に燃料電池を起動している(例えば、特許文献1を参照)。
しかしながら、従来の燃料電池システムは、システム起動時に残留ガスを系外に排出する際、空気系のオフガスを利用して希釈する等の方法によって残留ガスを希釈する構成になっているために、燃料ガス循環経路内の残留ガスを水素に置換するために余計な電力が必要となるのと同時に、起動時に騒音が発生することがある。 However, since the conventional fuel cell system is configured to dilute the residual gas by a method such as diluting using an off-gas of the air system when the residual gas is discharged out of the system at the time of starting the system, At the same time as extra power is required to replace the residual gas in the gas circulation path with hydrogen, noise may be generated during startup.
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、システム起動時、多くの消費電力を必要とすることなく、且つ、騒音を発生させることなく、燃料ガス循環経路内の残留ガスを水素に置換することが可能な燃料電池システムを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a fuel gas circulation path without requiring a large amount of power consumption and generating noise when the system is started. It is an object of the present invention to provide a fuel cell system capable of replacing residual gas in the inside with hydrogen.
上述の課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池から排出された未反応の燃料ガスを燃料電池に循環させる燃料ガス循環経路と、燃料ガス循環経路内のガスを系外に排出する燃料ガス排出経路と、燃料ガス排出経路を開閉するパージ弁と、パージ弁よりも上流側の燃料ガス排出経路に設けられ、燃料ガス循環経路から系外に排出するガスを貯蔵するバッファ部と、バッファ部の上流側に設けられ、バッファ部内へのガスの流入を制御する開閉弁と、システム起動時、パージ弁及び開閉弁をそれぞれ閉作動及び開作動することにより燃料ガス循環経路内の残留ガスをバッファ部内に押し込み、開閉弁を閉作動した後にパージ弁の開度を制御することによりバッファ部内に押し込まれた残留ガスを系外に排出する制御部とを備える。 In order to solve the above-described problems, a fuel cell system according to the present invention includes a fuel gas circulation path for circulating unreacted fuel gas discharged from the fuel cell to the fuel cell, and a gas in the fuel gas circulation path. A fuel gas discharge path that discharges to the outside, a purge valve that opens and closes the fuel gas discharge path, and a fuel gas discharge path that is upstream of the purge valve are provided to store gas discharged out of the system from the fuel gas circulation path A buffer unit, an on-off valve provided on the upstream side of the buffer unit for controlling the inflow of gas into the buffer unit, and a fuel gas circulation path by closing and opening the purge valve and the on-off valve, respectively, at the time of system startup Control unit that discharges residual gas pushed into the buffer unit by controlling the opening of the purge valve after pushing the residual gas inside the buffer unit and closing the open / close valve Equipped with a.
本発明に係る燃料電池システムによれば、システム起動時、多くの消費電力を必要とすることなく、且つ、騒音を発生させることなく、燃料ガス循環経路内の残留ガスを水素に置換することができる。 According to the fuel cell system of the present invention, at the time of starting the system, it is possible to replace the residual gas in the fuel gas circulation path with hydrogen without requiring much power consumption and without generating noise. it can.
以下、図面を参照して、本発明の第1及び第2の実施形態となる燃料電池システムの構成について説明する。 Hereinafter, the configuration of the fuel cell system according to the first and second embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
〔燃料電池システムの構成〕
本発明の第1の実施形態となる燃料電池システムは、車両に搭載され、図1に示すように、燃料極(アノード)及び酸化剤極(カソード)にそれぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスとしての水素及び空気の供給を受けて発電する燃料電池1を備える。なお、この実施形態では、上記燃料電池1は、固体高分子型燃料電池により構成され、燃料極及び酸化剤極における電気化学反応及び燃料電池1全体としての電気化学反応は以下に示す式(1)〜(3)による。
[Configuration of fuel cell system]
A fuel cell system according to a first embodiment of the present invention is mounted on a vehicle, and as shown in FIG. 1, hydrogen as a fuel gas and an oxidant gas is provided at a fuel electrode (anode) and an oxidant electrode (cathode), respectively. And a
〔化1〕
〔燃料極〕 H2 → 2H+ +2e- …(1)
〔酸化剤極〕 1/2 O2 +2H+ +2e- → H2O …(2)
〔全体〕 H2 +1/2 O2 → H2O …(3)
〔水素系の構成〕
上記燃料電池システムは、水素系として、高圧水素タンク2及び水素調圧弁3を備え、水素調圧弁3によって高圧水素タンク2内の高圧水素を運転条件に適した圧力に調整した後、水素供給経路4を介して水素を燃料極に供給する。また、燃料極側から排出される未使用の水素は、水素循環経路5及び循環ポンプ6を介して燃料極に循環される。水素循環経路5及び循環ポンプ6を設けることにより、燃料極側から排出される未使用の水素を再利用することが可能となり、燃料電池システムの燃費性能を向上させることができる。
[Chemical formula 1]
[Fuel electrode] H 2 → 2H + + 2e − (1)
[Oxidant electrode] 1/2 O 2 + 2H + + 2e − → H 2 O (2)
[Overall] H 2 +1/2 O 2 → H 2 O (3)
[Configuration of hydrogen system]
The fuel cell system includes a high-pressure hydrogen tank 2 and a hydrogen
なお、燃料極を含む水素循環経路5内には、酸化剤極からリークした空気中の窒素やアルゴン等の不純物ガス、或いは、過剰な水分が液化した液水が蓄積することがある。そして、これらの不純物ガスは、水素の分圧を低下させて発電効率を低下させたり、循環ガスの平均分子量を上昇させ水素の循環を困難にする。また液水は水素の循環を妨げる。このため、燃料極の出口側には、水素排出経路7とこれを開閉するパージ弁8が設けられている。そして、不純物ガスや液水が蓄積した際には、ECU14からの指示でパージ弁8を開き、不純物ガスや液水を燃料極から系外へ排出させるパージを行う。これにより、燃料極を含む水素循環経路5内の水素分圧や循環性能を回復させることができる。
In the hydrogen circulation path 5 including the fuel electrode, impurity gas such as nitrogen and argon in the air leaking from the oxidizer electrode, or liquid water in which excessive moisture is liquefied may accumulate. These impurity gases lower the partial pressure of hydrogen to reduce power generation efficiency, or increase the average molecular weight of the circulating gas, making it difficult to circulate hydrogen. Liquid water also hinders hydrogen circulation. Therefore, a hydrogen discharge path 7 and a
また、この燃料電池システムでは、水素排出経路7のパージ弁8上流側にバッファ部9が設けられ、詳しくは後述するが、開閉弁10を開閉することにより、システム起動時、水素循環経路5内の残留ガスをバッファ部9内に押し込むことができるように構成されている。なお、バッファ部9の容積Vは、水素循環経路5内の残留ガスを全て押し込むことができるように、水素循環経路5内に存在するガスの体積Vaが所定圧に圧縮された時の体積Va’以上になるように設計されている。具体的には、水素循環経路5内に存在するガスの体積Vaが10[l]及び圧縮圧が200〜300[kPa]である場合、バッファ部9の容積Vは5〜10[l]程度となる。
In this fuel cell system, a
〔空気系の構成〕
上記燃料電池システムは、空気系として、空気を圧縮して供給する空気圧縮機11を備え、空気圧縮機11は圧縮した空気を酸化剤極に供給する。そして、酸化剤極で未使用の空気は、空気排出経路12から系外へ排出される。なお、この実施形態では、水素排出経路7と空気排出経路12は下流側で接続され、水素排出経路7から排出される水素を空気により希釈して系外に排出するように構成されている。
[Air system configuration]
The fuel cell system includes an
〔制御系の構成〕
上記燃料電池システムの制御系は、燃料極に供給される水素の圧力検出する圧力センサ13aと、バッファ部9内に貯蔵された残留ガスの圧力を検出する圧力センサ13bと、燃料電池システム全体の動作を制御するECU14とを備える。なお、この制御系は、図2に示すように、バッファ部9内及び水素排出経路7の出口側に水素濃度推定部15,16を設け、バッファ部9内や水素排出経路7から排出される水素の濃度を推定できるように構成してもよい。
[Control system configuration]
The control system of the fuel cell system includes a
〔起動処理〕
一般に、一定時間停止後の燃料電池の起動初期における水素循環経路5内の水素濃度は、高圧水素タンクから投入される水素と水素循環経路内に残留していたガスが交互に循環されるため、図3に示すように大きく変動し、時間の経過に伴ってそれらガスが混合し、次第に一定値になることが知られている。また、水素濃度が低いガスが燃料電池に導入されている時間が長く、その間に発電を開始してしまうと、燃料電池の劣化の原因になることが知られている。そこで、上記燃料電池システムでは、ECU14が以下に示す起動処理を実行することにより、システム起動時、多くの消費電力を必要とすることなく、且つ、騒音を発生させることなく、水素循環経路5内の残留ガスを速やかに水素に置換する。以下、図4に示すフローチャートを参照して、起動処理を実行する際のECU14の動作について詳しく説明する。
〔Start process〕
In general, the hydrogen concentration in the hydrogen circulation path 5 at the initial start of the fuel cell after stopping for a certain time is such that hydrogen introduced from the high-pressure hydrogen tank and the gas remaining in the hydrogen circulation path are alternately circulated. As shown in FIG. 3, it is known that the gas fluctuates greatly and the gases are mixed with the passage of time and gradually become a constant value. Further, it is known that if the gas with a low hydrogen concentration is introduced into the fuel cell for a long time and power generation is started during that time, the fuel cell will be deteriorated. Therefore, in the fuel cell system, the ECU 14 executes the startup process shown below, so that when the system is started, a large amount of power consumption is not required and noise is not generated. The residual gas of is immediately replaced with hydrogen. Hereinafter, with reference to the flowchart shown in FIG. 4, the operation of the
図4に示すフローチャートは、ECU14に燃料電池システムの起動要求が入力されるのに応じて開始となり、起動処理はステップS1の処理に進む。
The flowchart shown in FIG. 4 is started in response to the start request of the fuel cell system being input to the
ステップS1の処理では、ECU14が、水素循環経路5内の残留ガスを水素に置換する水素置換処理が必要であるか否かを判別する。具体的には、水素循環経路5(アノード経路)内の圧力が大気圧よりも高い状態で燃料電池システムが停止し、水素循環経路5を密閉した場合、ECU14は、図5に示すフローチャートのように、圧力センサ13の検出結果を参照して水素循環経路5内の圧力が所定値γ以下であるか否かを判別し(ステップS1a)、水素循環経路5内の圧力が所定値γ以下である場合、水素置換処理が必要であると判断し、起動処理をステップS2の処理に進める。
In the process of step S1, the
一方、水素循環経路5内の圧力が大気圧よりも低い状態で燃料電池システムが停止し、水素系を密閉した場合には、ECU14は、図6に示すフローチャートのように、圧力センサ13aの検出結果を参照して水素循環経路5内の圧力が所定値δ以上であるか否かを判別し(ステップS1b)、水素循環経路5内の圧力が所定値δ以上である場合、水素置換処理が必要であると判断し、起動処理をステップS2の処理に進める。
On the other hand, when the fuel cell system is stopped in a state where the pressure in the hydrogen circulation path 5 is lower than the atmospheric pressure and the hydrogen system is sealed, the
ステップS2の処理では、ECU14が、パージ弁8を閉作動することにより、水素循環経路5内の残留ガスが系外に排出されないように制御する。これにより、このステップS2の処理は完了し、起動処理はステップS3の処理に進む。
In the process of step S2, the
ステップS3の処理では、ECU14が、バルブ10を開作動することにより、水素循環経路5内の残留ガスがバッファ部9内に流入可能なように制御する。これにより、このステップS3の処理は完了し、起動処理はステップS4の処理に進む。
In the process of step S <b> 3, the
ステップS4の処理では、ECU14が、水素調圧弁3を開作動し、燃料電池1の入口側の水素圧力が燃料電池1の性能から決定される所定値αになるように制御し、水素循環経路5内の残留ガスをバッファ部9内に押し込む。これにより、このステップS4の処理は完了し、起動処理はステップS5の処理に進む。
In the process of step S4, the
ステップS5の処理では、ECU14が、圧力センサ13bの検出結果を参照してバッファ部9内の圧力を推定する。これにより、このステップS5の処理は完了し、起動処理はステップS6の処理に進む。
In the process of step S5, the
ステップS6の処理では、ECU14が、バッファ部9内の圧力が所定値α以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、バッファ部9内の圧力が所定値α以上でない場合、ECU14は、バッファ部9内への残留ガスの押し込みが完了していないと判断し、起動処理をステップS5の処理に戻す。一方、バッファ部9内の圧力が所定値α以上である場合には、ECU14は、バッファ部9内への残留ガスの押し込みが完了したと判断し、起動処理をステップS7の処理に進める。
In the process of step S6, the
ステップS7の処理では、ECU14が、バルブ10を閉作動する。これにより、このステップS7の処理は完了し、起動処理はステップS8の処理に進む。
In the process of step S7, the
ステップS8の処理では、ECU14が、循環ポンプ6を駆動することにより、水素の循環量を確保する。これにより、このステップS8の処理は完了し、起動処理はステップS9の処理に進む。
In the process of step S <b> 8, the
ステップS9の処理では、ECU14が、酸化剤極に空気を供給することにより、燃料電池1の発電を開始する。これにより、このステップS9の処理は完了し、起動処理はステップS10の処理に進む。
In the process of step S9, the
ステップS10の処理では、ECU14が、パージ弁8を開作動し、バッファ部9内に押し込まれた残留ガスの排出を開始する。なお、この処理の際、ECU14は、空気排出経路12から排出される空気の流量で水素を十分に希釈することができる開度にパージ弁8の開度を設定する。また、図2に示すように、水素濃度推定部15,16が設けられている場合には、ECU14は、パージ弁8から排出される水素の濃度に応じてパージ弁8の開度を決定してもよい。このような構成によれば、バッファ部9から排出される水素濃度に応じてパージ弁8の開度を制御し、希釈装置を必要以上に運転させることなく、所定の水素濃度範囲内でパージを行うことができる。これにより、このステップS10の処理は完了し、起動処理はステップS11の処理に進む。
In the process of step S10, the
ステップS11の処理では、ECU14が、圧力センサ13bの検出結果に基づいてバッファ部9内の圧力を推定する。これにより、このステップS11の処理は完了し、起動処理はステップS12の処理に進む。
In the process of step S11, the
ステップS12の処理では、ECU14が、バッファ部9内の圧力が所定値β以下であるか否かを判別する。そして、判別の結果、バッファ部9内の圧力が所定値β以下でない場合、ECU14は、残留ガスの排出が完了していないと判断し、起動処理をステップS11の処理に戻す。一方、バッファ部9内の圧力が所定値β以下である場合には、ECU14は、残留ガスの排出が完了したと判断し、起動処理をステップS13の処理に進める。
In the process of step S12, the
ステップS13の処理では、ECU14が、パージ弁8の通常制御を行う。なお、通常のパージ処理を行う際には、ECU14は、開閉弁10の開閉状態も制御するものとする。これにより、このステップS13の処理は完了し、一連の起動処理は終了する。
In the process of step S13, the
以上の説明から明らかなように、本発明の第1の実施形態となる燃料電池システムは、燃料電池1から排出された未反応の水素を燃料電池1に循環させる水素循環経路5と、水素循環経路5内のガスを系外に排出する水素排出経路7と、水素排出経路7を開閉するパージ弁8と、パージ弁8よりも上流側の水素排出経路7に設けられ、水素循環経路5から系外に排出するガスを貯蔵するバッファ部9と、バッファ部9の上流側に設けられ、バッファ部9内へのガスの流入を制御する開閉弁10と、システム起動時、パージ弁8及び開閉弁10をそれぞれ閉作動及び開作動することにより水素循環経路5内の残留ガスをバッファ部9内に押し込み、開閉弁10を閉作動した後にパージ弁8の開度を制御することによりバッファ部9内に押し込まれた残留ガスを系外に排出するECU14とを備える。そして、このような構成によれば、系外に排出される水素を希釈するための希釈装置の消費電力を少なくすることができるとの同時に、起動時の希釈装置による音をより静かにすることができる。また、水素循環経路5内のガス密度を低い状態にすることができるので、循環ポンプ6に負荷をかけず、保護することができる。また、起動から短時間の間に循環ポンプ6を全開駆動することができるので、起動から短時間のうちに水素ストイキ比を確保することができる。
As is clear from the above description, the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention includes a hydrogen circulation path 5 for circulating unreacted hydrogen discharged from the
また、本発明の第1の実施形態となる燃料電池システムでは、ECU14は、水素循環経路5内のガス圧力のシステム停止時からの変化量に基づいて燃料電池システムの停止時間を推定し、燃料電池システムの停止時間に応じてシステム起動時の制御を行うので、ホットリスタート時等、水素循環経路5内に水素が高濃度で存在する場合、水素置換処理を実行しないことにより、水素を系外に無駄に排出することを防止できると共に、起動時間を短縮することができる。
In the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention, the
また、本発明の第1の実施形態となる燃料電池システムでは、ECU14は、バッファ部9の内部圧力を推定し、推定された圧力に従って開閉弁10の閉作動タイミングを決定するので、開閉弁10の閉作動するタイミングを正確に決定することができる。
In the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention, the
また、本発明の第1の実施形態となる燃料電池システムによれば、ECU14は、希釈装置によって希釈されたガス中の水素濃度に従ってパージ弁8の開度を制御するので、希釈装置を必要以上運転させることなく、所定の水素濃度範囲内でパージを行うことができる。
Further, according to the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention, the
〔燃料電池システムの構成〕
本発明の第2の実施形態となる燃料電池システムは、上記第1の実施形態となる燃料電池システムの構成に加えて、バッファ部9と循環ポンプ5近傍の水素循環経路5とを接続する配管21と、配管21を開閉するバルブ22と、水素循環経路5と水素排出経路7の接続点と水素循環経路5と配管21の接続点間に設けられ、水素循環経路5を開閉するバルブ23と、バッファ部9内に蓄積した水を空気排出経路12に排出する水パージ弁24とを備える。すなわち、本発明の第2の実施形態となる燃料電池システムは、起動時に残留ガスを押し込めるための役割だけでなく、通常運転時に水セパレータとしてバッファ部9を使用することができるように構成されている。そして、このような構成を有する燃料電池システムでは、ECU14が以下に示す起動処理を実行することにより、システム起動時、多くの消費電力を必要とすることなく、且つ、騒音を発生させることなく、水素循環経路5内のガスを速やかに水素に置換する。以下、図8に示すフローチャートを参照して、起動処理を実行する際のECU14の動作について詳しく説明する。
[Configuration of fuel cell system]
The fuel cell system according to the second embodiment of the present invention includes a pipe connecting the
〔起動処理〕
図8に示すフローチャートは、ECU14に燃料電池システムの起動要求が入力されるのに応じて開始となり、起動処理はステップS21の処理に進む。
〔Start process〕
The flowchart shown in FIG. 8 is started in response to the start request of the fuel cell system being input to the
ステップS21の処理では、ECU14が、水素循環経路5内の残留ガスを水素に置換する水素置換処理が必要であるか否かを判別する。そして、判別の結果、水素置換処理が必要であると判断された場合、ECU14は、起動処理をステップS22の処理に進める。なお、この判別処理の内容は、上記ステップS1の処理と同じであるので、その詳細な説明は省略する。
In the process of step S21, the
ステップS22の処理では、ECU14が、パージ弁8を閉作動することにより、水素循環経路5内の残留ガスが系外に排出されないように制御する。これにより、このステップS22の処理は完了し、起動処理はステップS23の処理に進む。
In the process of step S22, the
ステップS23の処理では、ECU14が、水パージ弁24を閉作動することにより、水素循環経路5内の水分が系外に排出されないように制御する。これにより、このステップS23の処理は完了し、起動処理はステップS24の処理に進む。
In the process of step S23, the
ステップS24の処理では、ECU14が、バルブ23(第3バルブ)を閉作動する。これにより、このステップS24の処理は完了し、起動処理はステップS25の処理に進む。
In the process of step S24, the
ステップS25の処理では、ECU14が、バルブ22(第2バルブ)を閉作動する。これにより、このステップS25の処理は完了し、起動処理はステップS26の処理に進む。
In the process of step S25, the
ステップS26の処理では、ECU14が、バルブ10(第1バルブ)を開作動することにより、水素循環経路5内の残留ガスがバッファ部9内に流入可能なように制御する。これにより、このステップS26の処理は完了し、起動処理はステップS27の処理に進む。
In the process of step S26, the
ステップS27の処理では、ECU14が、水素調圧弁3を開作動し、燃料電池1の入口側の水素圧力が燃料電池1の性能から決定される所定値αになるように制御し、水素循環経路5内の残留ガスをバッファ部9内に押し込む。これにより、このステップS27の処理は完了し、起動処理はステップS28の処理に進む。
In the process of step S27, the
ステップS28の処理では、ECU14が、圧力センサ13bの検出結果を参照してバッファ部9内の圧力を推定する。これにより、このステップS28の処理は完了し、起動処理はステップS29の処理に進む。
In the process of step S28, the
ステップS29の処理では、ECU14が、バッファ部9内の圧力が所定値α以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、バッファ部9内の圧力が所定値α以上でない場合、ECU14は、バッファ部9内への残留ガスの押し込みが完了していないと判断し、起動処理をステップS28の処理に戻す。一方、バッファ部9内の圧力が所定値α以上である場合には、ECU14は、バッファ部9内への残留ガスの押し込みが完了したと判断し、起動処理をステップS30の処理に進める。
In the process of step S29, the
ステップS30の処理では、ECU14が、バルブ10を閉作動する。これにより、このステップS30の処理は完了し、起動処理はステップS31の処理に進む。
In the process of step S30, the
ステップS31の処理では、ECU14が、バルブ23を開作動する。これにより、このステップS31の処理は完了し、起動処理はステップS32の処理に進む。
In the process of step S31, the
ステップS32の処理では、ECU14が、循環ポンプ6を駆動することにより、水素の循環量を確保する。これにより、このステップS32の処理は完了し、起動処理はステップS33の処理に進む。
In the processing of step S32, the
ステップS33の処理では、ECU14が、酸化剤極に空気を供給することにより、燃料電池1の発電を開始する。これにより、このステップS33の処理は完了し、起動処理はステップS34の処理に進む。
In the process of step S33, the
ステップS34の処理では、ECU14が、パージ弁8を開作動し、バッファ部9内に押し込まれた残留ガスの排出を開始する。なお、この時のパージ弁8の開度は、上記ステップS10の処理と同様の方法により決定される。これにより、このステップS34の処理は完了し、起動処理はステップS35の処理に進む。
In the process of step S <b> 34, the
ステップS35の処理では、ECU14が、圧力センサ13bの検出結果に基づいてバッファ部9内の圧力を推定する。これにより、このステップS35の処理は完了し、起動処理はステップS36の処理に進む。
In the process of step S35, the
ステップS36の処理では、ECU14が、バッファ部9内の圧力が所定値β以下であるか否かを判別する。そして、判別の結果、バッファ部9内の圧力が所定値β以下でない場合、ECU14は、残留ガスの排出が完了していないと判断し、起動処理をステップS35の処理に戻す。一方、バッファ部9内の圧力が所定値β以下である場合には、ECU14は、残留ガスの排出が完了したと判断し、起動処理をステップS37の処理に進める。
In the process of step S36, the
ステップS37の処理では、ECU14が、バルブ10を開作動する。これにより、このステップS37の処理は完了し、起動処理はステップS38の処理に進む。
In the process of step S37, the
ステップS38の処理では、ECU14が、バルブ22を開作動する。これにより、このステップS38の処理は完了し、起動処理はステップS39の処理に進む。
In the process of step S38, the
ステップS39の処理では、ECU14が、バルブ23を閉作動する。このステップS37乃至ステップS39の処理によれば、通常運転時、バッファ部9を水セパレータとして使用することが可能になる。これにより、このステップS39の処理は完了し、起動処理はステップS40の処理に進む。
In the process of step S39, the
ステップS40の処理では、ECU14が、パージ弁8の通常制御を行う。これにより、このステップS40の処理は完了し、一連の起動処理は終了する。
In the process of step S40, the
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。 As mentioned above, although the embodiment to which the invention made by the present inventor is applied has been described, the present invention is not limited by the description and the drawings that form part of the disclosure of the present invention according to this embodiment. That is, it should be added that other embodiments, examples, operation techniques, and the like made by those skilled in the art based on the above embodiments are all included in the scope of the present invention.
1:燃料電池
2:高圧水素タンク
5:水素循環経路
8:パージ弁
9:バッファ部
10:バルブ
13a,13b:圧力センサ
14:ECU
1: Fuel cell 2: High-pressure hydrogen tank 5: Hydrogen circulation path 8: Purge valve 9: Buffer unit 10:
Claims (6)
前記燃料電池から排出された未反応の燃料ガスを燃料電池に循環させる燃料ガス循環経路と、
前記燃料ガス循環経路内のガスを系外に排出する燃料ガス排出経路と、
前記燃料ガス排出経路を開閉するパージ弁と、
前記パージ弁よりも上流側の燃料ガス排出経路に設けられ、前記燃料ガス循環経路から系外に排出するガスを貯蔵するバッファ部と、
前記バッファ部の上流側に設けられ、バッファ部内へのガスの流入を制御する開閉弁と、
システム起動時、前記パージ弁及び前記開閉弁をそれぞれ閉作動及び開作動することにより前記燃料ガス循環経路内の残留ガスを前記バッファ部内に押し込み、前記開閉弁を閉作動した後に前記パージ弁の開度を制御することによりバッファ部内に押し込まれた残留ガスを系外に排出する制御部と
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system including a fuel cell that generates power by receiving supply of fuel gas and oxidant gas,
A fuel gas circulation path for circulating unreacted fuel gas discharged from the fuel cell to the fuel cell;
A fuel gas discharge path for discharging the gas in the fuel gas circulation path out of the system;
A purge valve for opening and closing the fuel gas discharge path;
A buffer unit that is provided in a fuel gas discharge path upstream of the purge valve, and that stores gas discharged out of the system from the fuel gas circulation path;
An on-off valve that is provided on the upstream side of the buffer unit and controls the inflow of gas into the buffer unit;
When the system is started, the purge valve and the open / close valve are closed and opened, respectively, to push the residual gas in the fuel gas circulation path into the buffer unit, and after the open / close valve is closed, the purge valve is opened. And a controller that discharges residual gas pushed into the buffer unit out of the system by controlling the degree of the fuel cell system.
前記制御部は、燃料電池システムの停止時間に応じて前記システム起動時の制御を行うことを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1,
The said control part performs control at the time of the said system starting according to the stop time of a fuel cell system, The fuel cell system characterized by the above-mentioned.
前記制御部は、前記燃料ガス循環経路内のガス圧力のシステム停止時からの変化量に基づいて燃料電池システムの停止時間を推定することを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 2, wherein
The said control part estimates the stop time of a fuel cell system based on the variation | change_quantity from the time of the system stop of the gas pressure in the said fuel gas circulation path | route.
前記制御部は、前記バッファ部の内部圧力を推定し、推定された圧力に従って前記開閉弁の閉作動タイミングを決定することを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein
The said control part estimates the internal pressure of the said buffer part, and determines the closing operation timing of the said on-off valve according to the estimated pressure, The fuel cell system characterized by the above-mentioned.
前記パージ弁の下流側に設けられ、前記燃料ガス排出経路から系外に排出するガスを希釈する希釈部を備え、
前記制御部は、前記希釈部によって希釈されたガス中の水素濃度に従って前記パージ弁の開度を制御し、前記バッファ部内に押し込まれた残留ガスを系外に排出することを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein
Provided at a downstream side of the purge valve, comprising a diluting section for diluting a gas discharged out of the system from the fuel gas discharge path;
The control unit controls the opening degree of the purge valve in accordance with the hydrogen concentration in the gas diluted by the dilution unit, and discharges the residual gas pushed into the buffer unit out of the system. system.
前記バッファ部は、内部に蓄積した水を系外に排出する水パージ弁を備えることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, wherein
The said buffer part is provided with the water purge valve which discharges | emits the water accumulate | stored inside out of the system, The fuel cell system characterized by the above-mentioned.
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ID=37044098
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008176975A (en) * | 2007-01-17 | 2008-07-31 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system |
JP2008293847A (en) * | 2007-05-25 | 2008-12-04 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system |
JP2009277622A (en) * | 2008-05-19 | 2009-11-26 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell system and its control method |
JP2012209241A (en) * | 2011-03-13 | 2012-10-25 | Seiko Instruments Inc | Fuel cell |
-
2005
- 2005-02-23 JP JP2005047200A patent/JP2006236675A/en active Pending
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