JP2002237322A - 燃料電池システム - Google Patents
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 リサイクル回路中をガスが逆流することを防
止するとともに、リサイクル回路の配管径の大きなもの
を用いることでリサイクル流量を大きくする。 【解決手段】 燃料電池１のオフガス出口とエゼクタ
３の吸込口との間に配管したオフガスのリサイクル回路
４と、リサイクル回路４を開閉するリサイクルラインバ
ルブ１２と、エゼクタ３の吸込口付近の圧力を検知する
圧力センサ１１と、リサイクル回路４のオフガス出口と
リサイクルラインバルブ１２間から分岐して大気側に開
放するガスパージライン７と、ガスパージライン７を開
閉するガスパージラインバルブ１３とを備えて、圧力セ
ンサ１１の検出値が所定値を超えないとき、リサイクル
ラインバルブ１２を閉じ、ガスパージラインバルブ１３
を開いて、燃料ガスがリサイクル回路４へ逆流すること
を防止する。
止するとともに、リサイクル回路の配管径の大きなもの
を用いることでリサイクル流量を大きくする。 【解決手段】 燃料電池１のオフガス出口とエゼクタ
３の吸込口との間に配管したオフガスのリサイクル回路
４と、リサイクル回路４を開閉するリサイクルラインバ
ルブ１２と、エゼクタ３の吸込口付近の圧力を検知する
圧力センサ１１と、リサイクル回路４のオフガス出口と
リサイクルラインバルブ１２間から分岐して大気側に開
放するガスパージライン７と、ガスパージライン７を開
閉するガスパージラインバルブ１３とを備えて、圧力セ
ンサ１１の検出値が所定値を超えないとき、リサイクル
ラインバルブ１２を閉じ、ガスパージラインバルブ１３
を開いて、燃料ガスがリサイクル回路４へ逆流すること
を防止する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池から排出
される燃料オフガスをリサイクルし、外部より新たに供
給した水素リッチな燃料ガスにオフガスを混合させて燃
料電池の燃料極に再循環させるようにした燃料電池シス
テムに関する。
される燃料オフガスをリサイクルし、外部より新たに供
給した水素リッチな燃料ガスにオフガスを混合させて燃
料電池の燃料極に再循環させるようにした燃料電池シス
テムに関する。
【０００２】
【従来の技術】最近になり、例えば食塩電解工場、ある
種の合成化学工場などで主製品の生産に伴う副生物とし
て得られる副生水素を、燃料電池の原燃料ガスとして利
用するオンサイト用燃料電池発電装置の開発が進められ
ている。
種の合成化学工場などで主製品の生産に伴う副生物とし
て得られる副生水素を、燃料電池の原燃料ガスとして利
用するオンサイト用燃料電池発電装置の開発が進められ
ている。
【０００３】また、通常燃料電池発電装置において、水
素利用率は６０〜８０％であり、燃料極から排出される
オフガスには燃料電池の電気化学反応に寄与しなかった
水素が含まれている。このため、原燃料の消費量節減、
並びに燃料電池の水素利用効率を高めて出力特性の改善
を図ることを狙いに、燃料電池から排出されるオフガス
をリサイクルし、外部より新たに供給した水素リッチな
燃料ガスにオフガスをエゼクタなどを介して混合させた
上で燃料電池に供給するオフガスリサイクル方式の燃料
電池（例えば、特開平９−２２７１４号公報）が知られ
ている。
素利用率は６０〜８０％であり、燃料極から排出される
オフガスには燃料電池の電気化学反応に寄与しなかった
水素が含まれている。このため、原燃料の消費量節減、
並びに燃料電池の水素利用効率を高めて出力特性の改善
を図ることを狙いに、燃料電池から排出されるオフガス
をリサイクルし、外部より新たに供給した水素リッチな
燃料ガスにオフガスをエゼクタなどを介して混合させた
上で燃料電池に供給するオフガスリサイクル方式の燃料
電池（例えば、特開平９−２２７１４号公報）が知られ
ている。
【０００４】図４は前記オフガスリサイクル方式を採用
した従来の燃料電池システムの構成図である。同図にお
いて、燃料電池（燃料電池本体）１は、模式的に表した
燃料極１ａ、空気極１ｂ、冷却板１ｃを備えている。２
はサイト側の副生水素供給源に通じる燃料ガス供給回
路、３は燃料ガス供給回路２に介装したエゼクタ（エゼ
クタポンプとも呼ばれ、燃料ガスを作動ガスとして作動
するポンプ）、４は燃料電池１の燃料のオフガス出口と
エゼクタ３との間に配管したオフガスのリサイクル回
路、５は空気極１ｂへ空気を供給する空気供給回路、６
は外部から取り入れた空気を空気供給回路に送り込む空
気ブロアである。
した従来の燃料電池システムの構成図である。同図にお
いて、燃料電池（燃料電池本体）１は、模式的に表した
燃料極１ａ、空気極１ｂ、冷却板１ｃを備えている。２
はサイト側の副生水素供給源に通じる燃料ガス供給回
路、３は燃料ガス供給回路２に介装したエゼクタ（エゼ
クタポンプとも呼ばれ、燃料ガスを作動ガスとして作動
するポンプ）、４は燃料電池１の燃料のオフガス出口と
エゼクタ３との間に配管したオフガスのリサイクル回
路、５は空気極１ｂへ空気を供給する空気供給回路、６
は外部から取り入れた空気を空気供給回路に送り込む空
気ブロアである。
【０００５】かかる構成において、燃料ガスと空気とを
燃料電池１のそれぞれ燃料極１ａ、空気極１ｂに供給
し、その電気化学的反応で発電することは周知の通りで
ある。また、燃料電池１の燃料極１ａから排出したオフ
ガスは、リサイクル回路４を経由してエゼクタ３に吸い
込まれ、ここで外部から新たに供給された燃料ガスと混
合され、再度燃料極１ａへ供給されるようになってい
る。
燃料電池１のそれぞれ燃料極１ａ、空気極１ｂに供給
し、その電気化学的反応で発電することは周知の通りで
ある。また、燃料電池１の燃料極１ａから排出したオフ
ガスは、リサイクル回路４を経由してエゼクタ３に吸い
込まれ、ここで外部から新たに供給された燃料ガスと混
合され、再度燃料極１ａへ供給されるようになってい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のエゼクタを
用いたオフガスリサイクル方式においては、特に始動時
や低負荷時にエゼクタに供給された燃料ガスがエゼクタ
吸込口へ流れ込み、リサイクル回路４をガスパージライ
ン７方向へと逆流することがあるため、リサイクル回路
４には燃料電池１のガス入り口・出口への配管よりも一
般に径の細い（例えば燃料ガス供給回路の配管の０．５
倍以下に細い）配管を用いるなどして圧力損失が与えら
れている。このため、負荷が高まってエゼクタが定常的
な運転状態になったとき、リサイクル回路４の配管径が
細いとリサイクルされるガスの流量が制限されてしまう
という問題点があった。
用いたオフガスリサイクル方式においては、特に始動時
や低負荷時にエゼクタに供給された燃料ガスがエゼクタ
吸込口へ流れ込み、リサイクル回路４をガスパージライ
ン７方向へと逆流することがあるため、リサイクル回路
４には燃料電池１のガス入り口・出口への配管よりも一
般に径の細い（例えば燃料ガス供給回路の配管の０．５
倍以下に細い）配管を用いるなどして圧力損失が与えら
れている。このため、負荷が高まってエゼクタが定常的
な運転状態になったとき、リサイクル回路４の配管径が
細いとリサイクルされるガスの流量が制限されてしまう
という問題点があった。
【０００７】本発明は、上記の問題点に鑑みなされたも
のであり、その目的は燃料電池の燃料極から排出される
オフガスをリサイクルし、外部から新たに供給した水素
リッチな燃料ガスに前記オフガスを混合させた上で燃料
電池の燃料極に供給して発電を行う燃料電池発電装置を
対象に、リサイクル回路中をガスが逆流することを防止
するとともに、リサイクル回路の配管径の大きなものを
用いることでリサイクル流量を大きくできるようにした
燃料電池システムを提供することにある。
のであり、その目的は燃料電池の燃料極から排出される
オフガスをリサイクルし、外部から新たに供給した水素
リッチな燃料ガスに前記オフガスを混合させた上で燃料
電池の燃料極に供給して発電を行う燃料電池発電装置を
対象に、リサイクル回路中をガスが逆流することを防止
するとともに、リサイクル回路の配管径の大きなものを
用いることでリサイクル流量を大きくできるようにした
燃料電池システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明は、燃料電池本体の燃料極から排出さ
れるオフガスをエゼクタによってリサイクルし、外部か
ら新たに供給した水素リッチな燃料ガスに前記オフガス
を混合させた上で前記燃料極に供給して発電を行う燃料
電池システムにおいて、燃料電池本体のオフガス出口と
前記エゼクタの吸込口との間に配管したオフガスのリサ
イクル回路と、該リサイクル回路を開閉するリサイクル
ラインバルブと、前記エゼクタの吸込口付近の圧力を検
知する圧力検知手段と、前記リサイクル回路のオフガス
出口と前記リサイクルラインバルブ間から分岐して大気
側に開放するガスパージラインと、該ガスパージライン
を開閉するガスパージラインバルブと、を備えてなり、
リサイクル開始時に前記リサイクルラインバルブを閉じ
る一方前記ガスパージラインバルブを開けた状態で、エ
ゼクタ吸い込み圧が十分大きくなるのを前記圧力検知手
段で検知した後に、前記リサイクルラインバルブを開け
る一方前記ガスパージラインバルブを閉じることを要旨
とする燃料電池システムである。
に請求項１の発明は、燃料電池本体の燃料極から排出さ
れるオフガスをエゼクタによってリサイクルし、外部か
ら新たに供給した水素リッチな燃料ガスに前記オフガス
を混合させた上で前記燃料極に供給して発電を行う燃料
電池システムにおいて、燃料電池本体のオフガス出口と
前記エゼクタの吸込口との間に配管したオフガスのリサ
イクル回路と、該リサイクル回路を開閉するリサイクル
ラインバルブと、前記エゼクタの吸込口付近の圧力を検
知する圧力検知手段と、前記リサイクル回路のオフガス
出口と前記リサイクルラインバルブ間から分岐して大気
側に開放するガスパージラインと、該ガスパージライン
を開閉するガスパージラインバルブと、を備えてなり、
リサイクル開始時に前記リサイクルラインバルブを閉じ
る一方前記ガスパージラインバルブを開けた状態で、エ
ゼクタ吸い込み圧が十分大きくなるのを前記圧力検知手
段で検知した後に、前記リサイクルラインバルブを開け
る一方前記ガスパージラインバルブを閉じることを要旨
とする燃料電池システムである。
【０００９】上記目的を達成するために請求項２の発明
は、請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記リ
サイクル回路の配管径は燃料ガス供給回路から燃料電池
本体に至るガス流路の配管径の０．５〜１倍であること
を要旨とする。
は、請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記リ
サイクル回路の配管径は燃料ガス供給回路から燃料電池
本体に至るガス流路の配管径の０．５〜１倍であること
を要旨とする。
【００１０】上記目的を達成するために請求項３の発明
は、請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム
において、前記圧力検知手段は、エゼクタ効果により低
下する圧力を検知する圧力センサであることを要旨とす
る。
は、請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム
において、前記圧力検知手段は、エゼクタ効果により低
下する圧力を検知する圧力センサであることを要旨とす
る。
【００１１】上記目的を達成するために請求項４の発明
は、請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム
において、前記圧力検知手段は、前記燃料ガス供給回路
から燃料電池本体に至るガス流路中を流れるガス流量に
基づいて、前記エゼクタの吸込口付近の圧力を検知また
は推定することを要旨とする。
は、請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム
において、前記圧力検知手段は、前記燃料ガス供給回路
から燃料電池本体に至るガス流路中を流れるガス流量に
基づいて、前記エゼクタの吸込口付近の圧力を検知また
は推定することを要旨とする。
【００１２】上記目的を達成するために請求項５の発明
は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の燃料
電池システムにおいて、前記圧力検出手段で検知される
エゼクタ吸込圧力が減少した場合、前記リサイクルライ
ンバルブを閉じた後に、前記ガスパージラインバルブを
開けることを要旨とする。
は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の燃料
電池システムにおいて、前記圧力検出手段で検知される
エゼクタ吸込圧力が減少した場合、前記リサイクルライ
ンバルブを閉じた後に、前記ガスパージラインバルブを
開けることを要旨とする。
【００１３】上記目的を達成するために請求項６の発明
は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の燃料
電池システムにおいて、前記リサイクル回路の内部圧力
がスタックの許容圧力を越えない圧力で前記ガスパージ
ラインバルブを開けることを要旨とする。
は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の燃料
電池システムにおいて、前記リサイクル回路の内部圧力
がスタックの許容圧力を越えない圧力で前記ガスパージ
ラインバルブを開けることを要旨とする。
【００１４】上記目的を達成するために請求項７の発明
は、請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の燃料
電池システムにおいて、リサイクルするオフガスの一部
を前記ガスパージラインバルブから系外に放出すること
を要旨とする。
は、請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の燃料
電池システムにおいて、リサイクルするオフガスの一部
を前記ガスパージラインバルブから系外に放出すること
を要旨とする。
【００１５】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、燃料電池
本体の燃料極から排出されるオフガスをエゼクタによっ
てリサイクルし、外部から新たに供給した水素リッチな
燃料ガスに前記オフガスを混合させた上で前記燃料極に
供給して発電を行う燃料電池システムにおいて、燃料電
池本体のオフガス出口と前記エゼクタの吸込口との間に
配管したオフガスのリサイクル回路と、該リサイクル回
路を開閉するリサイクルラインバルブと、前記エゼクタ
の吸込口付近の圧力を検知する圧力検知手段と、前記リ
サイクル回路のオフガス出口と前記リサイクルラインバ
ルブ間から分岐して大気側に開放するガスパージライン
と、該ガスパージラインを開閉するガスパージラインバ
ルブと、を備えて構成し、リサイクル開始時に前記リサ
イクルラインバルブを閉じる一方前記ガスパージライン
バルブを開けた状態で、エゼクタ吸い込み圧が十分大き
くなるのを前記圧力検知手段で検知した後に、前記リサ
イクルラインバルブを開ける一方前記ガスパージライン
バルブを閉じるようにしたので、圧力検知手段により実
際にリサイクルラインの圧力低下を検出してからリサイ
クルラインバルブを開くことができるという効果があ
る。
本体の燃料極から排出されるオフガスをエゼクタによっ
てリサイクルし、外部から新たに供給した水素リッチな
燃料ガスに前記オフガスを混合させた上で前記燃料極に
供給して発電を行う燃料電池システムにおいて、燃料電
池本体のオフガス出口と前記エゼクタの吸込口との間に
配管したオフガスのリサイクル回路と、該リサイクル回
路を開閉するリサイクルラインバルブと、前記エゼクタ
の吸込口付近の圧力を検知する圧力検知手段と、前記リ
サイクル回路のオフガス出口と前記リサイクルラインバ
ルブ間から分岐して大気側に開放するガスパージライン
と、該ガスパージラインを開閉するガスパージラインバ
ルブと、を備えて構成し、リサイクル開始時に前記リサ
イクルラインバルブを閉じる一方前記ガスパージライン
バルブを開けた状態で、エゼクタ吸い込み圧が十分大き
くなるのを前記圧力検知手段で検知した後に、前記リサ
イクルラインバルブを開ける一方前記ガスパージライン
バルブを閉じるようにしたので、圧力検知手段により実
際にリサイクルラインの圧力低下を検出してからリサイ
クルラインバルブを開くことができるという効果があ
る。
【００１６】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明の効果に加えて、前記リサイクル回路の配管径
は燃料ガス供給回路から燃料電池本体に至るガス流路の
配管径の０．５〜１倍としたので、リサイクル回路の流
体抵抗が小さくなり、燃料電池の負荷が大きい場合の燃
料ガスのリサイクル流量を充分確保することができると
いう効果がある。
載の発明の効果に加えて、前記リサイクル回路の配管径
は燃料ガス供給回路から燃料電池本体に至るガス流路の
配管径の０．５〜１倍としたので、リサイクル回路の流
体抵抗が小さくなり、燃料電池の負荷が大きい場合の燃
料ガスのリサイクル流量を充分確保することができると
いう効果がある。
【００１７】請求項３記載の発明によれば、請求項１ま
たは請求項２記載の発明の効果に加えて、前記圧力検知
手段は、エゼクタ効果により低下する圧力を検知する圧
力センサとしたので、圧力検知手段により確実にリサイ
クルラインの圧力低下を検出することができるという効
果がある。
たは請求項２記載の発明の効果に加えて、前記圧力検知
手段は、エゼクタ効果により低下する圧力を検知する圧
力センサとしたので、圧力検知手段により確実にリサイ
クルラインの圧力低下を検出することができるという効
果がある。
【００１８】請求項４記載の発明によれば、請求項１ま
たは請求項２記載の発明の効果に加えて、前記圧力検知
手段は、前記燃料ガス供給回路から燃料電池本体に至る
ガス流路中を流れるガス流量に基づいて、前記エゼクタ
の吸込口付近の圧力を検知または推定するようにしたの
で、圧力センサを設けることなく、ガス流量からエゼク
タの吸い込み圧力を検知または推定できるようになり、
燃料電池システムの構成を簡易にすることができるとい
う効果がある。
たは請求項２記載の発明の効果に加えて、前記圧力検知
手段は、前記燃料ガス供給回路から燃料電池本体に至る
ガス流路中を流れるガス流量に基づいて、前記エゼクタ
の吸込口付近の圧力を検知または推定するようにしたの
で、圧力センサを設けることなく、ガス流量からエゼク
タの吸い込み圧力を検知または推定できるようになり、
燃料電池システムの構成を簡易にすることができるとい
う効果がある。
【００１９】請求項５記載の発明によれば、請求項１な
いし請求項４のいずれか１項記載の発明の効果に加え
て、前記圧力検出手段で検知されるエゼクタ吸込圧力が
減少した場合、前記リサイクルラインバルブを閉じた後
に、前記ガスパージラインバルブを開けるようにしたの
で、燃料電池の始動時のみならず低負荷時等一時的にエ
ゼクタ吸い込み圧力が低下した場合にもリサイクルライ
ンにおける逆流を防止し、それによる燃料電池の出力低
下を防ぐことができるという効果がある。
いし請求項４のいずれか１項記載の発明の効果に加え
て、前記圧力検出手段で検知されるエゼクタ吸込圧力が
減少した場合、前記リサイクルラインバルブを閉じた後
に、前記ガスパージラインバルブを開けるようにしたの
で、燃料電池の始動時のみならず低負荷時等一時的にエ
ゼクタ吸い込み圧力が低下した場合にもリサイクルライ
ンにおける逆流を防止し、それによる燃料電池の出力低
下を防ぐことができるという効果がある。
【００２０】請求項６記載の発明によれば、請求項１な
いし請求項５のいずれか１項記載の発明の効果に加え
て、前記リサイクル回路の内部圧力がスタックの許容圧
力を越えない圧力で前記ガスパージラインバルブを開け
るようにしたので、過剰なガス圧力によるスタックの破
損を防止することができるという効果がある。
いし請求項５のいずれか１項記載の発明の効果に加え
て、前記リサイクル回路の内部圧力がスタックの許容圧
力を越えない圧力で前記ガスパージラインバルブを開け
るようにしたので、過剰なガス圧力によるスタックの破
損を防止することができるという効果がある。
【００２１】請求項７記載の発明によれば、請求項１な
いし請求項６のいずれか１項記載の発明の効果に加え
て、リサイクルするオフガスの一部を前記ガスパージラ
インバルブから系外に放出するようにしたので、ガス中
の不純物成分や凝縮水の蓄積による燃料電池の出力低下
を防ぐことができるという効果がある。
いし請求項６のいずれか１項記載の発明の効果に加え
て、リサイクルするオフガスの一部を前記ガスパージラ
インバルブから系外に放出するようにしたので、ガス中
の不純物成分や凝縮水の蓄積による燃料電池の出力低下
を防ぐことができるという効果がある。
【００２２】
【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。 〔第１実施形態〕図１は、本発明に係る燃料電池システ
ムの第１実施形態の構成を示すシステム構成図であり、
請求項１に対応する。図１において、オフガスのリサイ
クル回路４を開閉するリサイクルラインバルブ１２と、
ガスパージライン７を開閉するガスパージラインバルブ
１３とが設けられている。また、エゼクタ３の吸込口付
近にエゼクタ効果により低下する圧力を検知する圧力セ
ンサ１１が設けられている（請求項３）。この圧力セン
サ１１は、エゼクタ効果によって最も圧力が低くなる位
置に設けられるのが望ましい。
施形態を詳細に説明する。 〔第１実施形態〕図１は、本発明に係る燃料電池システ
ムの第１実施形態の構成を示すシステム構成図であり、
請求項１に対応する。図１において、オフガスのリサイ
クル回路４を開閉するリサイクルラインバルブ１２と、
ガスパージライン７を開閉するガスパージラインバルブ
１３とが設けられている。また、エゼクタ３の吸込口付
近にエゼクタ効果により低下する圧力を検知する圧力セ
ンサ１１が設けられている（請求項３）。この圧力セン
サ１１は、エゼクタ効果によって最も圧力が低くなる位
置に設けられるのが望ましい。
【００２３】なお、図１において図４に示した従来の燃
料電池システムにおける燃料ガス系統のシステムフロー
図の構成部品と同一機能を有する構成部品には同一符号
が付されており、重複する説明は省略する。但し、リサ
イクル回路４を構成する管路の配管径は、図４とは異な
り、燃料ガス供給回路２から燃料電池１に至るガス流路
の配管径の０．５〜１倍とされている（請求項２）。こ
のため、燃料電池の負荷が大きいときに、充分なリサイ
クルガス流量を確保できるようになっている。
料電池システムにおける燃料ガス系統のシステムフロー
図の構成部品と同一機能を有する構成部品には同一符号
が付されており、重複する説明は省略する。但し、リサ
イクル回路４を構成する管路の配管径は、図４とは異な
り、燃料ガス供給回路２から燃料電池１に至るガス流路
の配管径の０．５〜１倍とされている（請求項２）。こ
のため、燃料電池の負荷が大きいときに、充分なリサイ
クルガス流量を確保できるようになっている。
【００２４】この燃料電池システムの始動時において、
リサイクルラインバルブ１２を閉じ、ガスパージライン
バルブ１３を開けた状態で、エゼクタ３の吸い込み圧が
十分大きくなり、リサイクルライン１２の圧力が低下し
たのを圧力センサ１１で検知した後に、リサイクルライ
ンバルブ１２を開け、ガスパージラインバルブ１３を閉
じることで、リサイクル回路４の配管径が大きくてもリ
サイクル回路４にガスが逆流することなく燃料電池１に
ガスを循環供給することができる（請求項１）。
リサイクルラインバルブ１２を閉じ、ガスパージライン
バルブ１３を開けた状態で、エゼクタ３の吸い込み圧が
十分大きくなり、リサイクルライン１２の圧力が低下し
たのを圧力センサ１１で検知した後に、リサイクルライ
ンバルブ１２を開け、ガスパージラインバルブ１３を閉
じることで、リサイクル回路４の配管径が大きくてもリ
サイクル回路４にガスが逆流することなく燃料電池１に
ガスを循環供給することができる（請求項１）。
【００２５】運転中何らかの原因でエゼクタ吸い込み圧
が減少した場合には、これを圧力センサ１１で検知して
リサイクル回路へのガスの逆流を防止するためにリサイ
クルラインバルブ１２を閉じ、ガスパージラインバルブ
１３を開ける（請求項５）。
が減少した場合には、これを圧力センサ１１で検知して
リサイクル回路へのガスの逆流を防止するためにリサイ
クルラインバルブ１２を閉じ、ガスパージラインバルブ
１３を開ける（請求項５）。
【００２６】ここで、さらにガスパージラインバルブ１
３の開閉動作は、リサイクル回路４の配管内のガス圧力
が燃料電池１の許容圧力を越えない圧力範囲となるよう
に制御される（請求項６）。
３の開閉動作は、リサイクル回路４の配管内のガス圧力
が燃料電池１の許容圧力を越えない圧力範囲となるよう
に制御される（請求項６）。
【００２７】またガス中の不純物成分や凝縮水を排出す
るために、リサイクルするオフガスの一部をガスパージ
ラインバルブ１３を開いてガスパージライン７から系外
に放出する（請求項７）。
るために、リサイクルするオフガスの一部をガスパージ
ラインバルブ１３を開いてガスパージライン７から系外
に放出する（請求項７）。
【００２８】次に、図３のフローチャートを参照して、
本実施形態における燃料電池システムの運転方法を説明
する。
本実施形態における燃料電池システムの運転方法を説明
する。
【００２９】図３において、まず運転開始時に、リサイ
クルラインバルブを閉じ（ステップＳ１０）、ガスパー
ジラインバルブを開く（ステップＳ１２）。この状態で
燃料ガス供給回路から燃料ガスを供給し、圧力センサが
検出するエゼクタの吸い込み圧力が所定値以上か否かを
判定する（ステップＳ１４）。所定値以上でなければ、
ステップＳ１０へ分岐する。所定値以上であれば、次い
でリサイクルラインバルブを開き（ステップＳ１６）、
ガスパージラインバルブを閉じて（ステップＳ１８）、
定常運転（ステップＳ２０）となり、再び圧力センサの
検出値を判定するため、ステップＳ１４へ移る。
クルラインバルブを閉じ（ステップＳ１０）、ガスパー
ジラインバルブを開く（ステップＳ１２）。この状態で
燃料ガス供給回路から燃料ガスを供給し、圧力センサが
検出するエゼクタの吸い込み圧力が所定値以上か否かを
判定する（ステップＳ１４）。所定値以上でなければ、
ステップＳ１０へ分岐する。所定値以上であれば、次い
でリサイクルラインバルブを開き（ステップＳ１６）、
ガスパージラインバルブを閉じて（ステップＳ１８）、
定常運転（ステップＳ２０）となり、再び圧力センサの
検出値を判定するため、ステップＳ１４へ移る。
【００３０】もし低負荷運転等の理由でステップＳ１４
の判定がＮｏとなれば、ステップ１０以下の処理によ
り、リサイクルラインバルブが閉じられ、ガスパージラ
インバルブが開くので、燃料ガス供給回路からエゼクタ
を経てリサイクル回路へ燃料ガスが逆流することが防止
される。
の判定がＮｏとなれば、ステップ１０以下の処理によ
り、リサイクルラインバルブが閉じられ、ガスパージラ
インバルブが開くので、燃料ガス供給回路からエゼクタ
を経てリサイクル回路へ燃料ガスが逆流することが防止
される。
【００３１】〔第２実施形態〕図２は、第１実施形態の
圧力センサ１１に代えて、燃料ガス供給回路２にガス流
量計１４を備えた本発明の請求項４に対応する第２実施
形態の構成を示したものである。供給される燃料ガスの
温度・圧力・加湿度が明らかであれば、ガス流量計１４
を流れる燃料ガスの流量からエゼクタ３の吸い込み圧を
推測することができる。
圧力センサ１１に代えて、燃料ガス供給回路２にガス流
量計１４を備えた本発明の請求項４に対応する第２実施
形態の構成を示したものである。供給される燃料ガスの
温度・圧力・加湿度が明らかであれば、ガス流量計１４
を流れる燃料ガスの流量からエゼクタ３の吸い込み圧を
推測することができる。
【００３２】以上説明したように本発明によれば、始動
時および低負荷時にリサイクルラインバルブとガスパー
ジラインバルブを協調させて開閉制御してエゼクタを運
転すれば、エゼクタの吸い込み圧力が生じてからリサイ
クル運転を開始できるので、従来のようにリサイクル回
路に用いる配管の直径を小さくする必要がなく、それに
よって小さなエゼクタを用いても定格運転時には大きな
流量のガスを流すことができる。
時および低負荷時にリサイクルラインバルブとガスパー
ジラインバルブを協調させて開閉制御してエゼクタを運
転すれば、エゼクタの吸い込み圧力が生じてからリサイ
クル運転を開始できるので、従来のようにリサイクル回
路に用いる配管の直径を小さくする必要がなく、それに
よって小さなエゼクタを用いても定格運転時には大きな
流量のガスを流すことができる。
【図１】本発明に係る燃料電池システムの第１実施形態
の構成を説明するシステム構成図である。
の構成を説明するシステム構成図である。
【図２】本発明に係る燃料電池システムの第２実施形態
の構成を説明するシステム構成図である。
の構成を説明するシステム構成図である。
【図３】本発明に係る燃料電池システムの運転方法の動
作を説明するフローチャートである。
作を説明するフローチャートである。
【図４】従来の燃料電池システムにおけるオフガスリサ
イクル方式を示すシステム構成図である。
イクル方式を示すシステム構成図である。
１ 燃料電池 １ａ 燃料極 １ｂ 空気極 ２ 燃料ガス供給回路 ３ エゼクタ ４ オフガスのリサイクル回路 ５ 空気供給回路 ６ 空気ブロア ７ ガスパージライン １１ 圧力センサ １２ リサイクルラインバルブ １３ ガスパージラインバルブ １４ 流量計
Claims (7)
- 【請求項１】 燃料電池本体の燃料極から排出されるオ
フガスをエゼクタによってリサイクルし、外部から新た
に供給した水素リッチな燃料ガスに前記オフガスを混合
させた上で前記燃料極に供給して発電を行う燃料電池シ
ステムにおいて、 燃料電池本体のオフガス出口と前記エゼクタの吸込口と
の間に配管したオフガスのリサイクル回路と、 該リサイクル回路を開閉するリサイクルラインバルブ
と、 前記エゼクタの吸込口付近の圧力を検知する圧力検知手
段と、 前記リサイクル回路のオフガス出口と前記リサイクルラ
インバルブ間から分岐して大気側に開放するガスパージ
ラインと、 該ガスパージラインを開閉するガスパージラインバルブ
と、 を備えてなり、 リサイクル開始時に前記リサイクルラインバルブを閉じ
る一方前記ガスパージラインバルブを開けた状態で、エ
ゼクタ吸い込み圧が十分大きくなるのを前記圧力検知手
段で検知した後に、前記リサイクルラインバルブを開け
る一方前記ガスパージラインバルブを閉じることを特徴
とする燃料電池システム。 - 【請求項２】 前記リサイクル回路の配管径は燃料ガス
供給回路から燃料電池本体に至るガス流路の配管径の
０．５〜１倍であることを特徴とする請求項１記載の燃
料電池システム。 - 【請求項３】 前記圧力検知手段は、エゼクタ効果によ
り低下する圧力を検知する圧力センサであることを特徴
とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池システ
ム。 - 【請求項４】 前記圧力検知手段は、前記燃料ガス供給
回路から燃料電池本体に至るガス流路中を流れるガス流
量に基づいて、前記エゼクタの吸込口付近の圧力を検知
または推定することを特徴とする請求項１または請求項
２記載の燃料電池システム。 - 【請求項５】 前記圧力検出手段で検知されるエゼクタ
吸込圧力が減少した場合、前記リサイクルラインバルブ
を閉じた後に、前記ガスパージラインバルブを開けるこ
とを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項
記載の燃料電池システム。 - 【請求項６】 前記リサイクル回路の内部圧力がスタッ
クの許容圧力を越えない圧力で前記ガスパージラインバ
ルブを開けることを特徴とする請求項１ないし請求項５
のいずれか１項記載の燃料電池システム。 - 【請求項７】 リサイクルするオフガスの一部を前記ガ
スパージラインバルブから系外に放出することを特徴と
する請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の燃料
電池システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001032318A JP3582493B2 (ja) | 2001-02-08 | 2001-02-08 | 燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001032318A JP3582493B2 (ja) | 2001-02-08 | 2001-02-08 | 燃料電池システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002237322A true JP2002237322A (ja) | 2002-08-23 |
| JP3582493B2 JP3582493B2 (ja) | 2004-10-27 |
Family
ID=18896271
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001032318A Expired - Fee Related JP3582493B2 (ja) | 2001-02-08 | 2001-02-08 | 燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3582493B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006156058A (ja) * | 2004-11-26 | 2006-06-15 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2006202620A (ja) * | 2005-01-21 | 2006-08-03 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システムおよび反応ガス流量算出方法 |
| US7687170B2 (en) | 2005-08-04 | 2010-03-30 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
| WO2012036143A1 (ja) * | 2010-09-17 | 2012-03-22 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| AT522319B1 (de) * | 2019-04-26 | 2020-10-15 | Avl List Gmbh | Brennstoffzellensystem, Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems und Brennstoffzellenfahrzeug |
-
2001
- 2001-02-08 JP JP2001032318A patent/JP3582493B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
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|---|---|---|---|---|
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| JP2006202620A (ja) * | 2005-01-21 | 2006-08-03 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システムおよび反応ガス流量算出方法 |
| US7687170B2 (en) | 2005-08-04 | 2010-03-30 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
| WO2012036143A1 (ja) * | 2010-09-17 | 2012-03-22 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| US8828612B2 (en) | 2010-09-17 | 2014-09-09 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
| AT522319B1 (de) * | 2019-04-26 | 2020-10-15 | Avl List Gmbh | Brennstoffzellensystem, Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems und Brennstoffzellenfahrzeug |
| AT522319A4 (de) * | 2019-04-26 | 2020-10-15 | Avl List Gmbh | Brennstoffzellensystem, Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems und Brennstoffzellenfahrzeug |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3582493B2 (ja) | 2004-10-27 |
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