JP2002260698A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池スタックか
らの排ガスをエゼクタにより再循環させるようにした燃
料電池システムの改良に関する。The present invention relates to an improvement in a fuel cell system in which exhaust gas from a fuel cell stack is recirculated by an ejector.
【0002】[0002]
【従来の技術と解決すべき課題】燃料電池スタックは、
その燃料となるアノードガスである水素、及びカソード
ガスである酸素を供給して電気化学反応を起こし、電気
エネルギーを得ている。燃料電池スタックに供給したア
ノードガス、カソードガスともに大部分を燃料電池スタ
ックで消費するが、一部の消費されなかったアノードガ
ス、カソードガスはそれぞれ燃料電池スタックから排ガ
スとして排出される。この排ガスを、システムの効率を
高めるために、エゼクタを用いて再度燃料電池スタック
に供給するものが特表平10-511497号により提案されて
いる。2. Description of the Related Art Fuel cell stacks
Hydrogen as an anode gas and oxygen as a cathode gas as the fuel are supplied to cause an electrochemical reaction to obtain electric energy. Most of both the anode gas and the cathode gas supplied to the fuel cell stack are consumed by the fuel cell stack, but a part of the unconsumed anode gas and cathode gas are respectively discharged as exhaust gas from the fuel cell stack. In order to increase the efficiency of the system, the exhaust gas is supplied again to the fuel cell stack by using an ejector, as proposed in Japanese Patent Publication No. Hei 10-511497.
【0003】また、このようにエゼクタを使った燃料電
池システムにおいて、エゼクタ停止時にエゼクタ内の残
留成分をパージする目的で不活性ガスである窒素をエゼ
クタに供給するようにしたものが特表平7-54799号公報
に開示されている。さらに、燃料電池を不活性化させる
目的で不活性ガスである窒素を駆動流体としてエゼクタ
に供給して燃料電池に供給するガスを吸引するシステム
が、特許第2835181号として知られている。[0003] Further, in the fuel cell system using the ejector, nitrogen gas, which is an inert gas, is supplied to the ejector in order to purge residual components in the ejector when the ejector is stopped. -54799. Further, Japanese Patent No. 2835181 discloses a system in which nitrogen, which is an inert gas, is supplied as a driving fluid to an ejector for the purpose of inactivating a fuel cell, and the gas supplied to the fuel cell is sucked.
【0004】ところで、エゼクタは安価で簡素な構造の
反面、流体の流れていない起動時からガスを循環させる
ためには大量のガスを駆動流体としてエゼクタに供給す
る必要がある。例えばアノードガスを大量に供給するも
のとすると、同圧で供給する必要があるカソードガスも
大量に供給しなければならず、このためには加圧したカ
ソードガスの供給元であるコンプレッサを高回転で作動
させる必要がある。このことは、燃料電池スタックでの
発電前にコンプレッサ作動のために電力が消費され、あ
るいはコンプレッサ駆動用の別電源として高価で大型の
バッテリを使用しなければならないという問題を生じ
る。またコンプレッサの高速駆動は騒音の点でも問題と
なる。By the way, the ejector has an inexpensive and simple structure, but it is necessary to supply a large amount of gas as a driving fluid to the ejector in order to circulate the gas from the time of startup when no fluid is flowing. For example, if a large amount of anode gas is supplied, a large amount of cathode gas that must be supplied at the same pressure must also be supplied. Need to work with This causes a problem in that electric power is consumed for operating the compressor before power generation in the fuel cell stack, or an expensive and large battery must be used as a separate power supply for driving the compressor. Also, high-speed driving of the compressor is problematic in terms of noise.
【0005】本発明はこのような従来の問題点に着目し
てなされたもので、燃料電池スタックの起動時に電力の
浪費や騒音を生じることなくエゼクタによる排ガスの循
環利用を可能とした燃料電池システムを提供することを
目的としている。The present invention has been made in view of such a conventional problem, and a fuel cell system capable of circulating exhaust gas by an ejector without wasting power or generating noise when starting up a fuel cell stack. It is intended to provide.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】第1の発明は、加圧した
燃料ガスを燃料電池スタックに供給する燃料ガス供給流
路と、燃料電池スタックからの排ガスを前記燃料ガス供
給流路に供給する排ガス循環流路と、前記燃料ガスを駆
動流体として前記排ガス循環流路からの排ガスを燃料ガ
ス流路に導入するエゼクタとを備えた燃料電池システム
において、加圧した不活性ガスを駆動流体として前記エ
ゼクタに供給する不活性ガス供給流路と、前記燃料ガス
および不活性ガスの供給を制御するガス供給制御装置と
を設け、前記ガス供給制御装置を、燃料電池スタックの
起動時に不活性ガスをエゼクタに供給して排ガス循環流
路でのガス循環を開始させるように構成した。According to a first aspect of the present invention, a fuel gas supply passage for supplying a pressurized fuel gas to a fuel cell stack, and an exhaust gas from the fuel cell stack are supplied to the fuel gas supply passage. In a fuel cell system including an exhaust gas circulation channel and an ejector that introduces exhaust gas from the exhaust gas circulation channel into the fuel gas channel using the fuel gas as a driving fluid, the pressurized inert gas is used as a driving fluid. An inert gas supply channel for supplying to an ejector; and a gas supply control device for controlling the supply of the fuel gas and the inert gas, wherein the gas supply control device ejects the inert gas when the fuel cell stack is started. To start gas circulation in the exhaust gas circulation channel.
【0007】第2の発明は、前記第1の発明において、
不活性ガスとして窒素ガスを供給するようにした。[0007] A second invention is the above-mentioned first invention, wherein:
Nitrogen gas was supplied as an inert gas.
【0008】第3の発明は、前記第1の発明のガス供給
制御装置を、不活性ガスと同時に燃料ガスを燃料電池ス
タックに供給するように構成した。In a third aspect, the gas supply control device according to the first aspect is configured to supply a fuel gas to the fuel cell stack simultaneously with the inert gas.
【0009】第4の発明は、前記第1の発明のガス供給
制御装置を、起動時に供給した不活性ガスの流量を徐々
に減じるように構成した。In a fourth aspect, the gas supply control device according to the first aspect is configured to gradually reduce the flow rate of the inert gas supplied at the time of starting.
【0010】第5の発明は、前記第1の発明のガス供給
制御装置を、前記ガス循環流路でのガス循環を検知する
フローセンサを備え、該センサからの出力に基づいてガ
ス循環の開始を判定するように構成した。According to a fifth aspect of the present invention, the gas supply control device according to the first aspect of the present invention includes a flow sensor for detecting gas circulation in the gas circulation channel, and starts gas circulation based on an output from the sensor. Is determined.
【0011】第6の発明は、前記第5の発明のガス供給
制御装置を、エゼクタに供給する燃料ガスの流量を調整
する第1の弁装置と、エゼクタに供給する不活性ガスの
流量を調整する第2の弁装置と、前記センサからの信号
に基づいて第1、第2の弁装置の作動を制御するコント
ローラとを備えるものとした。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a gas supply control device according to the fifth aspect, wherein the first valve device for adjusting the flow rate of the fuel gas supplied to the ejector and the flow rate of the inert gas supplied to the ejector are adjusted. And a controller that controls the operation of the first and second valve devices based on a signal from the sensor.
【0012】第7の発明は、前記第1の発明において、
前記燃料ガス供給流路に燃料ガスとして水素を含むアノ
ードガスを供給すると共に、前記排ガスとして燃料電池
スタックからのアノード排ガスを前記燃料ガス供給流路
に循環させるようにした。According to a seventh aspect, in the first aspect,
An anode gas containing hydrogen is supplied to the fuel gas supply passage as a fuel gas, and anode exhaust gas from a fuel cell stack is circulated as the exhaust gas to the fuel gas supply passage.
【0013】第8の発明は、前記第1の発明において、
前記燃料ガス供給流路に燃料ガスとして酸素を含むカソ
ードガスを供給すると共に、前記排ガスとして燃料電池
スタックからのカソード排ガスを前記燃料ガス供給流路
に循環させるようにした。According to an eighth aspect, in the first aspect,
A cathode gas containing oxygen is supplied to the fuel gas supply channel as a fuel gas, and a cathode exhaust gas from a fuel cell stack is circulated as the exhaust gas to the fuel gas supply channel.
【0014】[0014]
【作用・効果】第1の発明によれば、燃料電池スタック
起動時にエゼクタに駆動流体として不活性ガスを供給し
てガスの循環を開始させるようにしたことから、ガス循
環に必要な駆動流体として起動の当初から燃料ガス(カ
ソードガスまたはアノードガス)のみを加圧供給する必
要がなくなる。したがって、ガスの加圧手段としてコン
プレッサを備える場合において、その作動を最小限に抑
えることができ、無駄な電力や騒音の発生を抑えること
ができる。また、これによってガスの循環を容易に行う
ことが可能なので、ガスを無駄に排出することがなく発
電の効率も良い。According to the first aspect, since the inert gas is supplied to the ejector as a driving fluid to start the gas circulation when the fuel cell stack is started, the gas circulation is started. There is no need to pressurize and supply only the fuel gas (cathode gas or anode gas) from the beginning of startup. Therefore, when a compressor is provided as the gas pressurizing means, the operation can be minimized, and the generation of useless power and noise can be suppressed. In addition, since the gas can be easily circulated, the gas is not wasted and the power generation efficiency is high.
【0015】第2の発明によれば、不活性ガスとして安
価で入手性のよい窒素ガスを使用することにより、容易
にシステムを構築することができる。According to the second invention, a system can be easily constructed by using inexpensive and readily available nitrogen gas as the inert gas.
【0016】第3の発明によれば、ガス循環開始時に、
駆動流体としての不活性ガスに加え、燃料ガスも同時に
供給をするようにしたことから、より早く燃料電池スタ
ックの発電を開始することができる。According to the third invention, at the start of gas circulation,
Since the fuel gas is simultaneously supplied in addition to the inert gas as the driving fluid, the power generation of the fuel cell stack can be started earlier.
【0017】第4の発明によれば、不活性ガスの供給流
量を徐々に減じるようにしたことから、ガス循環を停止
させることなく円滑に燃料ガスによる循環状態に移行さ
せることができ、これにより循環開始の信頼性が向上
し、燃料電池スタックによる発電をより確実に開始させ
ることが可能となる。According to the fourth aspect, since the supply flow rate of the inert gas is gradually reduced, it is possible to smoothly shift to the fuel gas circulation state without stopping the gas circulation. The reliability of the start of circulation is improved, and power generation by the fuel cell stack can be started more reliably.
【0018】第5の発明または第6の発明によれば、ガ
スの循環を排ガス循環流路に設けたセンサによって検知
するようにしたので、燃料ガスの供給タイミングや不活
性ガスの供給・停止タイミングを正確に制御することが
でき、循環開始の信頼性が向上し、燃料電池スタックの
発電を確実に行うことができる。According to the fifth or sixth aspect of the invention, the circulation of the gas is detected by the sensor provided in the exhaust gas circulation channel, so that the timing of supplying the fuel gas and the timing of supplying / stopping the inert gas. Can be accurately controlled, the reliability of the circulation start is improved, and the power generation of the fuel cell stack can be reliably performed.
【0019】エゼクタを介しての循環系は、第7の発明
として示したようにアノード排ガスを燃料ガスとしての
アノードガスに導入する構成、または第8の発明として
示したようにカソード排ガスを燃料ガスとしてのカソー
ドガスに導入する構成の何れか一方、または双方とする
ことができる。例えばガスの循環をアノード側のみとす
ることにより、エゼクタをアノード側だけに設けること
になるので、排ガスを循環させるために不活性ガスを供
給するエゼクタの数量が減ることによって、構成が簡潔
になると共に駆動流体である不活性ガスの使用量を減ら
すことができる。The circulation system via the ejector may be configured to introduce the anode exhaust gas into the anode gas as the fuel gas as described in the seventh invention, or to convert the cathode exhaust gas into the fuel gas as described in the eighth invention. , Or one or both of the configurations for introducing the cathode gas. For example, since the ejector is provided only on the anode side by circulating the gas only on the anode side, the configuration is simplified by reducing the number of ejectors that supply the inert gas to circulate the exhaust gas. In addition, the amount of use of the inert gas as the driving fluid can be reduced.
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図1は本発明による燃料電池システ
ムの構成を例示する概略構成図である。燃料電池スタッ
ク1は、燃料ガスとしてアノードガスとカソードガスの
供給をうけ電気化学反応によって発電する。アノードガ
スはこの実施形態では高圧水素タンク2に貯蔵された水
素ガスであり、燃料ガス供給流路3を介して燃料電池ス
タック1に供給される。燃料ガス供給流路3の途中に
は、アノードガスの流量を制御する第1の弁装置とし
て、遮断弁5、圧力調整弁6が介装されている。カソー
ドガスは空気であり、コンプレッサ7により加圧され、
燃料ガス供給流路8を介して燃料電池スタック1に供給
される。燃料ガス供給流路8の途中にはカソードガスの
流量を制御する第2の弁装置として遮断弁9および圧力
調整弁10が介装されている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating the configuration of a fuel cell system according to the present invention. The fuel cell stack 1 receives an anode gas and a cathode gas as fuel gas and generates power by an electrochemical reaction. The anode gas is hydrogen gas stored in the high-pressure hydrogen tank 2 in this embodiment, and is supplied to the fuel cell stack 1 via the fuel gas supply flow path 3. In the middle of the fuel gas supply passage 3, a shutoff valve 5 and a pressure regulating valve 6 are interposed as a first valve device for controlling the flow rate of the anode gas. The cathode gas is air and is pressurized by the compressor 7,
The fuel gas is supplied to the fuel cell stack 1 through the fuel gas supply channel 8. In the middle of the fuel gas supply flow path 8, a shutoff valve 9 and a pressure regulating valve 10 are interposed as a second valve device for controlling the flow rate of the cathode gas.
【0021】燃料電池スタック1で消費されなかったア
ノードガスまたはカソードガスは排ガスとして燃料電池
スタック1から排出される。アノード排ガスは排ガス循
環流路11を介して前記圧力調整弁6よりも下流の燃料
ガス供給流路3へと還流される。また、カソード排ガス
は排ガス循環流路12を介して前記圧力調整弁10より
も下流の燃料ガス供給流路8へと還流される。前記アノ
ードガスの排ガス循環流路11が燃料ガス供給流路3と
接続する部分と、カソードガスの排ガス循環流路12が
燃料ガス供給流路8と接続する部分には、それぞれエゼ
クタ13、14が設けられている。The anode gas or the cathode gas not consumed in the fuel cell stack 1 is discharged from the fuel cell stack 1 as exhaust gas. The anode exhaust gas is returned to the fuel gas supply channel 3 downstream of the pressure regulating valve 6 via the exhaust gas circulation channel 11. Further, the cathode exhaust gas is returned to the fuel gas supply channel 8 downstream of the pressure regulating valve 10 via the exhaust gas circulation channel 12. Ejectors 13 and 14 are provided at a portion where the anode gas exhaust gas circulation channel 11 is connected to the fuel gas supply channel 3 and at a portion where the cathode gas exhaust gas circulation channel 12 is connected to the fuel gas supply channel 8, respectively. Is provided.
【0022】アノード排ガスの排ガス循環流路11の出
口部分はエゼクタ13の負圧発生部分に開口し、燃料ガ
ス供給流路3から供給されるアノードガスまたは後述す
る不活性ガスを駆動流体としてアノード排ガスを燃料ガ
ス供給流路3に循環させる。また、カソード排ガスの排
ガス循環流路12の出口部分はエゼクタ14の負圧発生
部分に開口し、燃料ガス供給流路8から供給されるカソ
ードガスまたは不活性ガスを駆動流体としてカソード排
ガスを燃料ガス供給流路8に循環させる。An outlet portion of the exhaust gas circulation passage 11 for the anode exhaust gas is opened to a negative pressure generating portion of the ejector 13, and the anode exhaust gas supplied from the fuel gas supply passage 3 or an inert gas to be described later is used as a driving fluid to drive the anode exhaust gas. Is circulated through the fuel gas supply channel 3. The outlet of the exhaust gas circulation channel 12 for the cathode exhaust gas is opened to a negative pressure generating portion of the ejector 14, and the cathode exhaust gas is supplied from the fuel gas supply channel 8 or an inert gas as a driving fluid to convert the cathode exhaust gas into a fuel gas. Circulate through the supply channel 8.
【0023】燃料ガス供給流路3と8には、それぞれの
圧力調整弁6、10とエゼクタ13、14の中間部分に
接続するように不活性ガス供給流路15が接続してい
る。不活性ガス供給流路15は、不活性ガスとして高圧
窒素ガスタンク16からの窒素ガスを供給する。不活性
ガス供給流路15には、窒素ガスの流量を制御するため
の弁装置として減圧弁17および遮断弁18が介装され
ており、その下流側で分岐して各燃料ガス供給流路3、
8に接続している。なお、図2に示すように、高圧窒素
タンク16はジョイントコネクタ19を介して使用時の
み不活性ガス供給流路15に接続する構成としてもよ
い。An inert gas supply passage 15 is connected to the fuel gas supply passages 3 and 8 so as to be connected to intermediate portions between the respective pressure regulating valves 6 and 10 and the ejectors 13 and 14. The inert gas supply channel 15 supplies nitrogen gas from a high-pressure nitrogen gas tank 16 as an inert gas. The inert gas supply passage 15 is provided with a pressure reducing valve 17 and a shutoff valve 18 as valve devices for controlling the flow rate of the nitrogen gas. ,
8 is connected. As shown in FIG. 2, the high-pressure nitrogen tank 16 may be connected to the inert gas supply flow path 15 via the joint connector 19 only when used.
【0024】図3に前記構成下での不活性ガスおよび燃
料ガスの供給タイミングを示す。図示したように、燃料
電池システムの起動当初には遮断弁5、9を閉ざしてア
ノードガス、カソードガスの供給を停止した状態で遮断
弁18を開き、減圧弁17により所定圧に調整した窒素
ガスを不活性ガス供給流路15を介してエゼクタ13、
14に供給する。これにより窒素ガスを駆動流体として
それぞれエゼクタ13、14が排ガス循環流路11、1
2にガス循環を生起するので、その後に遮断弁5、9を
開き、圧力調整弁6、10で所定の圧力ないし流量に調
整したアノードガス、カソードガスを燃料ガス供給流路
3、8を介して燃料電池スタック1に供給する。前記燃
料ガスの供給に伴い、以後は燃料ガスが駆動流体として
エゼクタ13、14による排ガス循環を継続させるの
で、以後は遮断弁18を閉ざし、窒素ガスの供給を終了
する。FIG. 3 shows the supply timing of the inert gas and the fuel gas under the above configuration. As shown in the figure, when the fuel cell system is started, the shut-off valves 5 and 9 are closed, the shut-off valve 18 is opened in a state where the supply of the anode gas and the cathode gas is stopped, and the nitrogen gas adjusted to a predetermined pressure by the pressure reducing valve 17. Through the inert gas supply channel 15 to the ejector 13,
14. As a result, the ejectors 13 and 14 respectively use the nitrogen gas as a driving fluid and
2, the shutoff valves 5 and 9 are opened, and the anode gas and the cathode gas adjusted to a predetermined pressure or flow rate by the pressure adjusting valves 6 and 10 are supplied through the fuel gas supply channels 3 and 8. To the fuel cell stack 1. After the supply of the fuel gas, the fuel gas continues to circulate the exhaust gas by the ejectors 13 and 14 as a driving fluid. Thereafter, the shutoff valve 18 is closed and the supply of the nitrogen gas is terminated.
【0025】このようにして、起動の当初に窒素ガスを
駆動流体としてエゼクタに供給して排ガス循環を開始さ
せることにより、大きな電力を消費するコンプレッサ等
の起動装置を作動させずに排ガス循環を成立させること
ができるので、燃料電池が発電していない起動前の無駄
な電力消費や起動時のコンプレッサ騒音の発生を抑える
ことができる。なお、前述したような起動時のガス供給
の制御は、各弁装置を電磁弁で構成し、これをマイクロ
コンピュータおよびその周辺装置等からなるコントロー
ラにより開閉制御する構成のガス供給制御装置(図示せ
ず)を設けることで実現することができる。In this way, the exhaust gas circulation is started by supplying the nitrogen gas as a driving fluid to the ejector at the beginning of the startup to start the exhaust gas circulation, without operating the starting device such as the compressor which consumes a large amount of electric power. Therefore, it is possible to suppress wasteful power consumption before the startup when the fuel cell is not generating power and generation of the compressor noise at the startup. As described above, the gas supply control at the time of startup is performed by a gas supply control device (not shown) in which each valve device is configured by an electromagnetic valve, and is controlled to be opened and closed by a controller including a microcomputer and its peripheral devices. ) Can be realized.
【0026】図4と図5には不活性ガスおよび燃料ガス
の供給制御に関する他の実施形態を示す。図4に示した
ものでは、循環開始時に、エゼクタ13、14`の駆動
流体として利用する窒素ガスに加え、アノード側は高圧
タンク2から減圧した水素を同時に供給することによ
り、燃料電池スタック1には窒素ガスと水素ガスの混合
ガスをアノ一ドガスとして供給する。カソ一ド側はコン
プレッサ7を作動させて空気を供給することにより、燃
料電池スタック1には窒素ガスと空気の混合ガスをカソ
ードガスとして供給する。この手法によれば、排ガスの
循環に必要な駆動流体の流量を窒素ガスで補充できると
ともに、アノードガス、カソードガスも当初からある程
度の量を燃料電池スタック1に供給するので、より早く
燃料電池スタックの発電を開始できる。FIGS. 4 and 5 show another embodiment relating to the supply control of the inert gas and the fuel gas. In the embodiment shown in FIG. 4, at the start of circulation, in addition to the nitrogen gas used as the driving fluid for the ejectors 13 and 14 #, the anode side simultaneously supplies reduced-pressure hydrogen from the high-pressure tank 2 to the fuel cell stack 1. Supplies a mixed gas of nitrogen gas and hydrogen gas as an anode gas. The cathode side operates the compressor 7 to supply air, thereby supplying the fuel cell stack 1 with a mixed gas of nitrogen gas and air as a cathode gas. According to this method, the flow rate of the driving fluid necessary for the circulation of the exhaust gas can be supplemented with the nitrogen gas, and a certain amount of the anode gas and the cathode gas are also supplied to the fuel cell stack 1 from the beginning, so that the fuel cell stack Power generation can be started.
【0027】図5に示したものでは、起動過程の終了時
に窒素ガスの供給を徐々に減じるようにしたものであ
る。終了時に急激に窒素ガスの供給を停止した場合には
排ガスの循環が停止してしまうおそれがあるが、このよ
うに徐々に停止することにより、排ガス循環停止という
不都合を回避することができる。なおこの場合、図示し
たようにアノードガスおよびカソードガスの流量を窒素
ガスの流量減に応じて徐々に増やすことにより燃料ガス
によるエゼクタ駆動へと円滑に移行するようにしてい
る。In the embodiment shown in FIG. 5, the supply of nitrogen gas is gradually reduced at the end of the starting process. If the supply of nitrogen gas is suddenly stopped at the end of the process, the circulation of the exhaust gas may be stopped. However, such a gradual stop can avoid the disadvantage of stopping the exhaust gas circulation. In this case, as shown in the figure, by gradually increasing the flow rates of the anode gas and the cathode gas in accordance with the decrease in the flow rate of the nitrogen gas, a smooth transition to the ejector drive by the fuel gas is made.
【0028】図6と図7にはそれぞれ本発明による燃料
電池システムの第2、第3の実施形態を示す。各図につ
き図1と同一の部分には同一の符号を付して示してあ
る。図6に示した第2の実施形態では、アノードガスの
燃料ガス供給流路3のみにエゼクタ13を設けて、排ガ
ス循環流路11によるアノード排ガスの循環および起動
時の不活性ガス供給流路15からの窒素ガスの供給を行
い、カソード極側については排ガス循環を行わず、圧力
調整弁20を介装した排ガス流路21を介して余剰な空
気を大気に排出するようにしたものである。この実施形
態によればエゼクタおよび不活性ガス供給がアノード極
側の1系統だけであるので、窒素ガスの使用量を減らせ
るとともに装置コストを低減することができる。FIGS. 6 and 7 show second and third embodiments of the fuel cell system according to the present invention, respectively. In each figure, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In the second embodiment shown in FIG. 6, the ejector 13 is provided only in the fuel gas supply channel 3 for the anode gas, and the exhaust gas circulation channel 11 circulates the anode exhaust gas and the inert gas supply channel 15 at the time of startup. The exhaust gas is supplied to the cathode electrode side, and the exhaust gas is not circulated on the cathode electrode side. Excess air is discharged to the atmosphere via an exhaust gas passage 21 provided with a pressure regulating valve 20. According to this embodiment, since the ejector and the inert gas are supplied to only one system on the anode electrode side, the amount of nitrogen gas used can be reduced and the cost of the apparatus can be reduced.
【0029】図7に示した第3の実施形態は、排ガス循
環流路11と12にそれぞれフローセンサ23を設け
て、ガス循環が実際に開始されたことを検知してからア
ノードガス、カソードガスを供給するタイミングや窒素
ガスを停止するタイミングを制御するようにしたもので
ある。第1、第2の実施形態はガス循環が始まるタイミ
ングを推定してガス供給・停止を制御する構成である
が、この実施形態では実際のガス循環を検出できるの
で、より精度が高く、ガス利用効率のよい制御を行うこ
とができる。In the third embodiment shown in FIG. 7, a flow sensor 23 is provided in each of the exhaust gas circulation channels 11 and 12, and after detecting that gas circulation has actually started, the anode gas and the cathode gas are detected. The timing at which the gas is supplied and the timing at which the nitrogen gas is stopped are controlled. The first and second embodiments are configured to control the gas supply / stop by estimating the timing at which the gas circulation starts, but in this embodiment, the actual gas circulation can be detected, so that the accuracy is higher and the gas utilization is higher. Efficient control can be performed.
【図1】本発明による燃料電池システムの第1の実施形
態の概略構成図。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a first embodiment of a fuel cell system according to the present invention.
【図2】図1の高圧窒素タンクの接続部分に関する実施
形態の概略構成図。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an embodiment relating to a connection portion of the high-pressure nitrogen tank in FIG. 1;
【図3】前記第1の実施形態における不活性ガスおよび
燃料ガスの供給制御のタイミング図。FIG. 3 is a timing chart of control of supply of an inert gas and a fuel gas in the first embodiment.
【図4】不活性ガスおよび燃料ガスの供給制御に関する
他の実施形態のタイミング図。FIG. 4 is a timing chart of another embodiment relating to supply control of an inert gas and a fuel gas.
【図5】不活性ガスおよび燃料ガスの供給制御に関する
他の実施形態のタイミング図。FIG. 5 is a timing chart of another embodiment relating to supply control of an inert gas and a fuel gas.
【図6】本発明による燃料電池システムの第2の実施形
態の概略構成図。FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a second embodiment of the fuel cell system according to the present invention.
【図7】本発明による燃料電池システムの第3の実施形
態の概略構成図。FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a third embodiment of the fuel cell system according to the present invention.
1 燃料電池スタック 2 高圧水素タンク 3 燃料ガス供給流路 5 遮断弁 6 圧力調整弁 7 コンプレッサ 8 燃料ガス供給流路 9 遮断弁 10 圧力調整弁 11 排ガス循環流路 12 排ガス循環流路 13 エゼクタ 14 エゼクタ 15 不活性ガス供給流路 16 高圧窒素タンク 17 減圧弁 18 遮断弁 19 ジョイントコネクタ 20 圧力調整弁 21 排ガス流路 23 フローセンサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell stack 2 High-pressure hydrogen tank 3 Fuel gas supply flow path 5 Shutoff valve 6 Pressure control valve 7 Compressor 8 Fuel gas supply flow path 9 Shutoff valve 10 Pressure control valve 11 Exhaust gas circulation path 12 Exhaust gas circulation path 13 Ejector 14 Ejector Reference Signs List 15 inert gas supply flow path 16 high-pressure nitrogen tank 17 pressure reducing valve 18 shutoff valve 19 joint connector 20 pressure regulating valve 21 exhaust gas flow path 23 flow sensor
Claims (8)
給する燃料ガス供給流路と、燃料電池スタックからの排
ガスを前記燃料ガス供給流路に供給する排ガス循環流路
と、前記燃料ガスを駆動流体として前記排ガス循環流路
からの排ガスを燃料ガス流路に導入するエゼクタとを備
えた燃料電池システムにおいて、 加圧した不活性ガスを駆動流体として前記エゼクタに供
給する不活性ガス供給流路と、前記燃料ガスおよび不活
性ガスの供給を制御するガス供給制御装置とを設け、 前記ガス供給制御装置を、燃料電池スタックの起動時に
不活性ガスをエゼクタに供給して排ガス循環流路でのガ
ス循環を開始させるように構成した燃料電池システム。A fuel gas supply passage for supplying pressurized fuel gas to the fuel cell stack; an exhaust gas circulation passage for supplying exhaust gas from the fuel cell stack to the fuel gas supply passage; An ejector for introducing exhaust gas from the exhaust gas circulation channel into the fuel gas channel as a driving fluid, wherein the inert gas supply channel supplies pressurized inert gas to the ejector as a driving fluid. And a gas supply control device that controls the supply of the fuel gas and the inert gas. The gas supply control device supplies the inert gas to the ejector when the fuel cell stack is started, and supplies the inert gas to the ejector in the exhaust gas circulation flow path. A fuel cell system configured to start gas circulation.
て、前記不活性ガスとして窒素ガスを供給するようにし
た燃料電池システム。2. The fuel cell system according to claim 1, wherein nitrogen gas is supplied as said inert gas.
て、前記ガス供給制御装置を、不活性ガスと同時に燃料
ガスを燃料電池スタックに供給するように構成した燃料
電池システム。3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the gas supply control device is configured to supply a fuel gas to the fuel cell stack simultaneously with the inert gas.
て、前記ガス供給制御装置を、起動時に供給した不活性
ガスの流量を徐々に減じるように構成した燃料電池シス
テム。4. The fuel cell system according to claim 1, wherein the gas supply control device is configured to gradually reduce the flow rate of the inert gas supplied at the time of starting.
て、前記ガス供給制御装置を、前記ガス循環流路でのガ
ス循環を検知するフローセンサを備え、該センサからの
出力に基づいてガス循環の開始を判定するように構成し
た燃料電池システム。5. The fuel cell system according to claim 1, wherein the gas supply control device includes a flow sensor for detecting gas circulation in the gas circulation flow path, and the gas circulation control is performed based on an output from the sensor. Fuel cell system configured to determine the start of fuel cell.
て、前記ガス供給制御装置を、エゼクタに供給する燃料
ガスの流量を調整する第1の弁装置と、エゼクタに供給
する不活性ガスの流量を調整する第2の弁装置と、前記
センサからの信号に基づいて第1、第2の弁装置の作動
を制御するコントローラとを備えるものとした燃料電池
システム。6. A fuel cell system according to claim 5, wherein said gas supply control device includes a first valve device for adjusting a flow rate of a fuel gas supplied to an ejector, and a flow rate of an inert gas supplied to the ejector. And a controller for controlling the operation of the first and second valve devices based on a signal from the sensor.
て、前記燃料ガス供給流路に燃料ガスとして水素を含む
アノードガスを供給すると共に、前記排ガスとして燃料
電池スタックからのアノード排ガスを前記燃料ガス供給
流路に循環させるようにした燃料電池システム。7. The fuel cell system according to claim 1, wherein an anode gas containing hydrogen is supplied as fuel gas to the fuel gas supply passage, and an anode exhaust gas from a fuel cell stack is used as the exhaust gas. A fuel cell system that circulates through a supply channel.
て、前記燃料ガス供給流路に燃料ガスとして酸素を含む
カソードガスを供給すると共に、前記排ガスとして燃料
電池スタックからのカソード排ガスを前記燃料ガス供給
流路に循環させるようにした燃料電池システム。8. The fuel cell system according to claim 1, wherein a cathode gas containing oxygen is supplied as a fuel gas to the fuel gas supply passage, and a cathode exhaust gas from a fuel cell stack is used as the exhaust gas. A fuel cell system that circulates through a supply channel.
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