JP2003151592A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system

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JP2003151592A JP2001343335A JP2001343335A JP2003151592A JP 2003151592 A JP2003151592 A JP 2003151592A JP 2001343335 A JP2001343335 A JP 2001343335A JP 2001343335 A JP2001343335 A JP 2001343335A JP 2003151592 A JP2003151592 A JP 2003151592A
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cell system
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hydrogen
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隆志 古藤
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To stabilize operation of a fuel cell even when output of a pump provided in a circulation path in a fuel cell system that an anode offgas is circulated is lowered. SOLUTION: The system is constructed in such a manner that an anode offgas of a fuel cell 10 is circulated by a pump 26. A shut-off valve 28 for controlling the displacement of the anode offgas by opening or closing the valve is provided at a downstream of the pump 26. The open duty of the shut- off valve 28 is increased when the output of the pump 26 is lowered, whereby increase in the concentration of nitrogen and steam in the anode offgas can be avoided to avoid the lowering of generating efficiency in the fuel cell.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、水素極からの排出
ガスを循環させる循環流路を有する燃料電池システムの
運転方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for operating a fuel cell system having a circulation passage for circulating exhaust gas from a hydrogen electrode.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、水素と酸素の電気化学反応によっ
て発電する燃料電池がエネルギ源として注目されてい
る。燃料電池では、水素極に供給された水素の一部が未
反応のまま排出されることがある。水素極の排気(以
下、アノードオフガスと呼ぶ)に含まれる残留水素を有
効活用するため、アノードオフガスを循環するシステム
が提案されている。
2. Description of the Related Art In recent years, fuel cells, which generate electricity by an electrochemical reaction of hydrogen and oxygen, have attracted attention as an energy source. In the fuel cell, part of the hydrogen supplied to the hydrogen electrode may be discharged unreacted. In order to effectively utilize the residual hydrogen contained in the exhaust gas of the hydrogen electrode (hereinafter referred to as the anode off gas), a system for circulating the anode off gas has been proposed.

【0003】かかるシステムでは、水素極の出口から入
り口を接続する循環流路を設け、ポンプで強制的にアノ
ードオフガスを循環させる。循環路には、アノードオフ
ガスの一部を外気に排出するためのシャットオフバルブ
が設けられている。アノードオフガス中に含まれる水素
以外の成分の濃度が高くなった時点で、このシャットオ
フバルブを定期的に開くことにより、水素極に供給され
る水素の濃度を適正な状態に維持することができる。
In such a system, a circulation flow path connecting the outlet of the hydrogen electrode to the inlet is provided, and the anode off-gas is forcedly circulated by a pump. A shut-off valve for discharging a part of the anode off gas to the outside air is provided in the circulation path. The concentration of hydrogen supplied to the hydrogen electrode can be maintained in an appropriate state by periodically opening this shut-off valve when the concentration of components other than hydrogen contained in the anode off-gas becomes high. .

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、かかるシステ
ムにおいて、故障などによりポンプの出力が低下した場
合には、燃料電池の運転効率が急激に低下するなどの弊
害が生じることが見出された。一般に燃料電池内での圧
力損失や、水素の消費により、アノードオフガスの圧力
は比較的低い状態にある。従って、ポンプの出力低下に
よりアノードオフガスを強制的に循環させることができ
なくなると、アノードオフガスの循環効率、ひいては燃
料電池からの排気効率が悪くなる。この結果、アノード
オフガス中に含まれる水素以外の成分、例えば、水蒸
気、窒素などの濃度が高くなる。窒素は、酸素極に供給
された空気の一部が水素極側に漏れることによりアノー
ドオフガス中に含有される成分である。水素以外の成分
濃度の増大は、水素濃度の相対的な低下、ひいては発電
効率の低下を招く。また、水蒸気の増加は、結露を招
く。
However, it has been found that in such a system, when the output of the pump is reduced due to a failure or the like, the operating efficiency of the fuel cell is rapidly reduced. Generally, the pressure of the anode off gas is relatively low due to the pressure loss in the fuel cell and the consumption of hydrogen. Therefore, if the anode off-gas cannot be forcibly circulated due to the reduction in the output of the pump, the circulation efficiency of the anode off-gas, and thus the exhaust efficiency from the fuel cell, deteriorates. As a result, the concentration of components other than hydrogen, such as water vapor and nitrogen, contained in the anode off gas increases. Nitrogen is a component contained in the anode off-gas when a part of the air supplied to the oxygen electrode leaks to the hydrogen electrode side. An increase in the concentration of components other than hydrogen leads to a relative decrease in hydrogen concentration, and thus a decrease in power generation efficiency. Further, the increase of water vapor causes dew condensation.

【0005】本発明は、かかる課題に鑑みてなされたも
のであり、水素極の排気を循環させるシステムにおい
て、ポンプの出力低下時にも燃料電池の運転を安定化さ
せることを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to stabilize the operation of a fuel cell in a system for circulating the exhaust gas of a hydrogen electrode even when the output of the pump is reduced.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明における燃料電池システムは、水素極と酸素極とを
備える燃料電池、水素極の排出ガスを水素極に循環させ
る循環流路、循環流路に設けられた循環ポンプ、排出ガ
スを循環流路外に排出するための連通部を備える。連通
部は、循環ポンプの出力に応じて開閉状態が制御され
る。こうすることにより、循環ポンプの出力に応じて変
動する循環効率に応じて連通部を開閉させることがで
き、排出ガス中の水素以外の成分濃度の増大を回避する
ことができる。この結果、循環ポンプの出力低下時など
でも燃料電池システムを安定して運転させることができ
る。
A fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell having a hydrogen electrode and an oxygen electrode, a circulation passage for circulating exhaust gas of the hydrogen electrode to the hydrogen electrode, and a circulation flow. A circulation pump provided in the passage and a communication portion for discharging the exhaust gas to the outside of the circulation flow path are provided. The open / closed state of the communication unit is controlled according to the output of the circulation pump. By doing so, it is possible to open and close the communication portion according to the circulation efficiency that varies according to the output of the circulation pump, and it is possible to avoid an increase in the concentration of components other than hydrogen in the exhaust gas. As a result, the fuel cell system can be stably operated even when the output of the circulation pump is reduced.

【0007】連通部は、循環ポンプの出力低下時には連
通部が開状態となる時間密度(以下、デューティと呼
ぶ)を増大させるよう制御することが好ましい。こうす
ることにより、循環効率低下時に排出ガスを循環流路外
に排出しやすくなり、安定的に燃料電池システムを運転
させることができる。デューティは循環ポンプの出力低
下に応じて段階的に増大させてもよいし、連続的に増大
させてもよい。また、100%デューティ、即ち、完全
に開状態としても構わない。但し、排出ガス中の残留水
素の有効活用を考慮すると、デューティは必要最低限の
値に設定しておくことが好ましい。
It is preferable that the communicating portion be controlled so as to increase the time density (hereinafter referred to as duty) in which the communicating portion is in the open state when the output of the circulation pump is reduced. By doing so, the exhaust gas can be easily discharged to the outside of the circulation flow channel when the circulation efficiency is lowered, and the fuel cell system can be stably operated. The duty may be increased stepwise in accordance with the output reduction of the circulation pump, or may be continuously increased. Further, the duty may be 100%, that is, the state may be completely opened. However, in consideration of effective utilization of residual hydrogen in the exhaust gas, it is preferable to set the duty to the minimum necessary value.

【0008】連通部の開閉制御は、循環ポンプの出力に
加えて、燃料電池の出力を考慮して制御を行うことが好
ましい。排出ガス中に含まれる水素以外の成分の量は、
燃料電池の出力と相関があるため、かかる制御により、
燃料電池の運転を更に安定させることが可能となる。一
例として、燃料電池の出力の増大時には連通部のデュー
ティを増大させることが好ましい。デューティは、段階
的に増大させてもよいし、連続的に増大させてもよい。
It is preferable that the opening / closing control of the communication portion is performed in consideration of the output of the fuel cell in addition to the output of the circulation pump. The amount of components other than hydrogen contained in the exhaust gas is
Because of the correlation with the output of the fuel cell,
It is possible to further stabilize the operation of the fuel cell. As an example, it is preferable to increase the duty of the communication part when the output of the fuel cell increases. The duty may be increased stepwise or continuously.

【0009】燃料電池の出力を考慮する場合には、出力
自体をパラメータとする他、燃料電池への出力要求値、
燃料電池に供給されるガスの圧力若しくは流量、燃料電
池から排出されるガスの圧力若しくは流量などを用いる
ことができる。
When the output of the fuel cell is taken into consideration, the output itself is used as a parameter, the required output value to the fuel cell,
The pressure or flow rate of the gas supplied to the fuel cell, the pressure or flow rate of the gas discharged from the fuel cell, or the like can be used.

【0010】本発明の燃料電池システムにおいては、循
環ポンプの出力、および連通部が開状態となる時間密度
について、それぞれ実現可能な最大値が予め設定された
所定値以下となる場合には運転を停止することが好まし
い。例えば、故障などにより循環ポンプの出力が低下す
ると共に、連通部を十分なデューティで開くことができ
なくなった場合が相当する。かかる場合には、水素極の
排出ガスを効率的に循環流路外に排出することができな
くなる。このような状況下では、燃料電池の運転を停止
することにより、結露等による燃料電池への損傷を抑制
することができる。
In the fuel cell system of the present invention, with respect to the output of the circulation pump and the time density at which the communication portion is in the open state, the operation is performed when the maximum achievable values are below predetermined preset values. It is preferable to stop. For example, this corresponds to a case where the output of the circulation pump is reduced due to a failure or the like, and the communication portion cannot be opened with a sufficient duty. In such a case, the exhaust gas of the hydrogen electrode cannot be efficiently discharged to the outside of the circulation flow path. Under such circumstances, by stopping the operation of the fuel cell, damage to the fuel cell due to dew condensation or the like can be suppressed.

【0011】運転停止の判断基準となる所定値は、循環
ポンプの出力、連通部のデューティのそれぞれについて
独立に設定してもよいし、両者を関連づけて設定しても
よい。後者の態様では、例えば、循環ポンプの出力に応
じて連通部のデューティの所定値が変動する態様が考え
られる。このように両者を関連づけて設定することによ
り、燃料電池の運転を広く確保しつつ、結露などの弊害
を抑制することができる。
The predetermined value serving as a criterion for stopping the operation may be set independently for each of the output of the circulation pump and the duty of the communicating portion, or may be set in association with each other. In the latter mode, for example, a mode in which the predetermined value of the duty of the communication unit changes according to the output of the circulation pump can be considered. By thus setting the both in association with each other, it is possible to suppress the adverse effects such as dew condensation while ensuring a wide operation of the fuel cell.

【0012】本発明は、排出ガス中の水素が処理されず
に連通部から大気中に放出される構成において有用性が
高い。かかる場合には、連通部のデューティを制御する
ことにより、大気中に排出される未処理の水素の量を抑
制しつつ、燃料電池の運転の安定化を図ることができる
からである。
The present invention is highly useful in a configuration in which hydrogen in exhaust gas is released into the atmosphere from the communication section without being treated. In such a case, by controlling the duty of the communication part, it is possible to stabilize the operation of the fuel cell while suppressing the amount of untreated hydrogen discharged into the atmosphere.

【0013】本発明は、燃料電池システムの他、燃料電
池システムの制御方法など種々の態様で構成することが
できる。上述した特徴点は、適宜、組み合わせたり一部
を省略したりすることが可能である。
The present invention can be configured in various modes such as a fuel cell system and a control method of the fuel cell system. The above-mentioned characteristic points can be appropriately combined or partly omitted.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】A.システム構成: B.燃料電池運転制御処理: C.効果: D.変形例:BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A. System configuration: B. Fuel cell operation control process: C. effect: D. Modification:

【0015】A.システム構成:図1は実施例としての
燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。燃料
電池10は、水素と空気中の酸素の電気化学反応によっ
て発電する。酸素極(以下、カソードと呼ぶ)では、供
給口11aからポンプ30によって空気が供給され、排
出口11bから排気される。水素極(以下、アノードと
呼ぶ)では、供給口12aから水素が供給され、排出口
12bから排出される。
A. System Configuration: FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system as an embodiment. The fuel cell 10 generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen in the air. At the oxygen electrode (hereinafter referred to as the cathode), air is supplied from the supply port 11a by the pump 30 and exhausted from the discharge port 11b. At the hydrogen electrode (hereinafter referred to as the anode), hydrogen is supplied from the supply port 12a and discharged from the discharge port 12b.

【0016】燃料電池10は、種々のタイプを適用可能
であるが、本実施例では、固体高分子膜型を利用した。
燃料電池10の内部の状態を模式的に示す。水素と酸素
の流路は、電解質膜13によって分離されている。水素
極からプロトンがこの電解質膜13の内部をカソード側
に運ばれ、空気中の酸素と結びついて水を生成すること
により、発電が行われる。水素および酸素の流路は、種
々の構成が可能であるが、原理的にはこの模式図と同じ
である。
Although various types of fuel cells 10 can be applied, a solid polymer membrane type is used in this embodiment.
1 schematically shows an internal state of the fuel cell 10. The hydrogen and oxygen flow paths are separated by the electrolyte membrane 13. Protons are carried from the hydrogen electrode to the cathode side inside the electrolyte membrane 13, and are combined with oxygen in the air to generate water, thereby generating power. The flow paths for hydrogen and oxygen can have various configurations, but in principle they are the same as in this schematic diagram.

【0017】アノードでは、上述の通り、水素が消費さ
れるため、排出口12bから排出されるガス(以下、ア
ノードオフガスと呼ぶ)の圧力は比較的低くなる。アノ
ードオフガスには、未消化の残留水素、カソードからア
ノード側に漏れてくる空気中の窒素、電解質膜13の加
湿に利用される水蒸気などが含まれる。
Since hydrogen is consumed in the anode as described above, the pressure of the gas discharged from the discharge port 12b (hereinafter referred to as the anode off gas) is relatively low. The anode offgas contains undigested residual hydrogen, nitrogen in the air leaking from the cathode to the anode side, water vapor used for humidifying the electrolyte membrane 13, and the like.

【0018】アノード側の配管構造について説明する。
アノードの供給口12aには、水素タンク20から水素
が供給される。水素を供給するための供給管には、供給
量を調整するためのバルブ21、圧力を調整するための
レギュレータ22、23が設けられている。
The piping structure on the anode side will be described.
Hydrogen is supplied from the hydrogen tank 20 to the supply port 12a of the anode. The supply pipe for supplying hydrogen is provided with a valve 21 for adjusting the supply amount and regulators 22, 23 for adjusting the pressure.

【0019】排出口12bから排出されたアノードオフ
ガスは、凝縮器27によって、気液分離された後、ポン
プ26によって供給口12aに循環される。供給官との
連結部分には、逆止弁25が設けられており、水素タン
ク20からの水素の逆流を防止する。アノードオフガス
を循環することにより、残留水素を有効活用することが
できる。
The anode off-gas discharged from the discharge port 12b is separated into gas and liquid by the condenser 27 and then circulated to the supply port 12a by the pump 26. A check valve 25 is provided at the connecting portion with the supplier to prevent the reverse flow of hydrogen from the hydrogen tank 20. By circulating the anode off-gas, the residual hydrogen can be effectively utilized.

【0020】アノードオフガスの流路には、供給口12
aへの循環流路の他、外部への排出用の流路も設けられ
ている。排出用の流路には、電磁的に開閉可能なシャッ
ト弁28が設けられている。シャット弁28が開いてい
る場合には、アノードオフガスは外部に排気され、閉じ
ている場合には、供給口12aに循環される。アノード
オフガスには、残留水素のみならず窒素や水蒸気も含ま
れている。窒素および水蒸気は発電時に消費されないた
め、アノードオフガスを長期間に亘って循環させ続ける
と、これらの成分濃度が高くなり、相対的に水素濃度が
低減する。シャット弁28を開くことにより、窒素およ
び水蒸気の濃度を低減させることができ、水素濃度の低
下に起因する発電効率低下を回避することができる。シ
ャット弁28を開けている間は、アノードオフガスの残
留水素も排出されるから、水素消費量の抑制という観点
からは、シャット弁28の開度は抑制することが好まし
い。
A supply port 12 is provided in the flow path of the anode off gas.
In addition to the circulation flow path to a, a flow path for discharging to the outside is also provided. A shut valve 28 that can be opened and closed electromagnetically is provided in the discharge flow path. When the shut valve 28 is open, the anode off gas is exhausted to the outside, and when it is closed, it is circulated to the supply port 12a. The anode off gas contains not only residual hydrogen but also nitrogen and water vapor. Since nitrogen and water vapor are not consumed at the time of power generation, if the anode off-gas is continuously circulated for a long period of time, the concentration of these components becomes high and the hydrogen concentration relatively decreases. By opening the shut valve 28, it is possible to reduce the concentrations of nitrogen and water vapor, and to avoid a decrease in power generation efficiency due to a decrease in hydrogen concentration. While the shutoff valve 28 is opened, residual hydrogen in the anode offgas is also discharged. Therefore, from the viewpoint of reducing the hydrogen consumption, it is preferable to control the opening degree of the shutoff valve 28.

【0021】燃料電池システムの動作は、制御ユニット
50によって制御される。制御ユニット50は、内部に
CPU、メモリ等を備えたマイクロコンピュータとして
構成されている。制御ユニット50には、制御に必要な
種々の入出力が行われる。図中では、その一部を例示し
た。制御を実現するため、制御ユニット50に入力され
る信号としては、例えば、外部からの発電要求、ポンプ
26の稼働状態、空気および水素の供給量を検出する流
量センサ31、24が含まれる。流量センサ31、24
は圧力センサに置き換えてもよい。制御ユニット50か
らの出力信号としては、例えば、バルブ21およびシャ
ット弁28の開閉を制御するための信号が含まれる。
The operation of the fuel cell system is controlled by the control unit 50. The control unit 50 is configured as a microcomputer including a CPU, a memory and the like inside. The control unit 50 receives and outputs various inputs and outputs required for control. In the figure, a part thereof is illustrated. In order to realize the control, the signals input to the control unit 50 include, for example, a power generation request from the outside, an operating state of the pump 26, and flow rate sensors 31 and 24 that detect the supply amounts of air and hydrogen. Flow rate sensor 31, 24
May be replaced by a pressure sensor. The output signal from the control unit 50 includes, for example, a signal for controlling opening / closing of the valve 21 and the shutoff valve 28.

【0022】B.燃料電池運転制御処理:図2は燃料電
池運転制御処理のフローチャートである。制御ユニット
50が所定のタイミングで繰り返し実行する処理であ
る。この処理が開始されると、制御ユニット50は、外
部からの発電要求を入力し(ステップS10)、これに
応じて、燃料電池10に供給すべき空気および水素の供
給量を設定する(ステップS11)。この設定は、例え
ば、発電要求と供給量とを対応づけたマップを参照する
ことにより行うことができる。
B. Fuel Cell Operation Control Process: FIG. 2 is a flowchart of the fuel cell operation control process. This is a process that the control unit 50 repeatedly executes at a predetermined timing. When this process is started, the control unit 50 inputs a power generation request from the outside (step S10), and accordingly sets the supply amounts of air and hydrogen to be supplied to the fuel cell 10 (step S11). ). This setting can be performed, for example, by referring to a map in which the power generation request and the supply amount are associated with each other.

【0023】次に、制御ユニット50は、ポンプ26の
動作状態を確認し、異常がある場合にはその出力を制限
する(ステップS12、S13)。異常は、ポンプ26
からの出力および温度の監視などによって判断すること
ができる。出力の制限は必ずしも積極的に行う必要はな
く、ステップS12、S13の処理を省略してもよい。
Next, the control unit 50 confirms the operating state of the pump 26 and, if there is an abnormality, limits its output (steps S12 and S13). The abnormality is the pump 26
It can be determined by monitoring the output from the device and the temperature. It is not always necessary to positively limit the output, and the processes of steps S12 and S13 may be omitted.

【0024】制御ユニット50は、ポンプ26の出力お
よび空気流量を検出し(ステップS14)、シャット弁
28の開デューティを設定する(ステップS15)。開
デューティとは、シャット弁28が開いている時間密度
を意味する。
The control unit 50 detects the output of the pump 26 and the air flow rate (step S14), and sets the open duty of the shut valve 28 (step S15). The open duty means the time density during which the shut valve 28 is open.

【0025】図3は開デューティを与えるマップ例を示
す説明図である。開デューティは、このマップを参照す
ることで設定される。シャット弁28の開デューティ
は、空気流量、ポンプ26によって変化する。空気流量
が増大する程、開デューティが増大する。また、ポンプ
出力が低下する程、開デューティが増大する。例えば、
空気流量がAfで一定の場合、ポンプ26が正常の時に
は開デューティは比較的小さい値Daとなり、停止して
いる時には開デューティは比較的大きい値Dbとなる。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a map giving an open duty. The open duty is set by referring to this map. The open duty of the shutoff valve 28 changes depending on the air flow rate and the pump 26. The open duty increases as the air flow rate increases. Further, the open duty increases as the pump output decreases. For example,
When the air flow rate is constant at Af, the open duty has a relatively small value Da when the pump 26 is normal, and has a relatively large value Db when the pump 26 is stopped.

【0026】まず、開デューティと空気流量との関係に
ついて説明する。先に説明した通り、シャット弁28
は、アノードオフガスを外部に排気し、窒素および水蒸
気の濃度を低減するために開かれる。これらの成分量
は、燃料電池10に供給される空気流量と相関があるた
め、空気流量の増大に応じて開デューティを増大し、ア
ノードオフガスの排出効率を高めることが好ましい。
First, the relationship between the open duty and the air flow rate will be described. As described above, the shut valve 28
Are opened to vent the anode offgas to the outside and reduce the concentration of nitrogen and water vapor. Since the amounts of these components have a correlation with the flow rate of the air supplied to the fuel cell 10, it is preferable to increase the open duty and increase the discharge efficiency of the anode off gas in accordance with the increase of the air flow rate.

【0027】開デューティとポンプ出力との関係につい
て説明する。ポンプ26は、比較的低圧のアノードオフ
ガスを効率的に循環および排出する機能を奏する。ポン
プ26の出力低下時には、循環および排出の効率が低下
し、燃料電池10の排出口21b近傍(図1の領域A)
で窒素および水蒸気の濃度が高くなる。かかる状態を回
避するため、ポンプ26の出力低下時には、開デューテ
ィを増大させることにより、アノードオフガスの外部へ
の排出量を多くすることが好ましい。
The relationship between the open duty and the pump output will be described. The pump 26 has a function of efficiently circulating and discharging a relatively low pressure anode off-gas. When the output of the pump 26 decreases, the efficiency of circulation and discharge decreases, and the vicinity of the discharge port 21b of the fuel cell 10 (area A in FIG. 1).
At higher concentrations of nitrogen and water vapor. In order to avoid such a state, when the output of the pump 26 is reduced, it is preferable to increase the open duty to increase the discharge amount of the anode off gas to the outside.

【0028】本実施例における開デューティのマップ
は、上述の考え方に基づき設定されている。ここでは、
ポンプ出力によって開デューティが5段階に変化するマ
ップを例示したが、連続的に変化するものとしてもよ
い。逆に、空気流量に対して連続的に変化するマップを
例示しているが、段階的に変化させてもよい。空気流量
には依存しないマップとすることもできる。また、空気
流量およびポンプ出力に対し線形的に変化する場合を例
示しているが、非線形であっても構わない。本実施例で
は、マップを利用する場合を例示したが、マップに相当
する設定値を、空気流量およびポンプ出力の関数で与え
るものとしてもよい。
The open duty map in this embodiment is set based on the above concept. here,
Although the map in which the open duty changes in five steps according to the pump output is illustrated, it may change continuously. On the contrary, although a map that continuously changes with respect to the air flow rate is illustrated, the map may be changed stepwise. It is also possible to use a map that does not depend on the air flow rate. Moreover, although the case where it changes linearly with respect to the air flow rate and the pump output is illustrated, it may be non-linear. In the present embodiment, the case where the map is used has been illustrated, but the set value corresponding to the map may be given as a function of the air flow rate and the pump output.

【0029】制御ユニット50は、ステップS15の処
理によって設定された開デューティをシャット弁28が
実現可能な状態にあるか否かを判定する(ステップS1
6)。開デューティの設定値を実現可能な場合には、設
定値に基づきシャット弁28の開閉を制御する(ステッ
プS17)。設定値を実現できない場合には、燃料電池
10の運転を停止する(ステップS18)。かかる場合
には、窒素および水蒸気の濃度が高くなり、燃料電池1
0の運転効率が低下するとともに、結露により燃料電池
10の寿命を縮める可能性があるからである。
The control unit 50 determines whether or not the shut valve 28 can realize the open duty set by the process of step S15 (step S1).
6). When the set value of the open duty can be realized, the opening / closing of the shut valve 28 is controlled based on the set value (step S17). If the set value cannot be realized, the operation of the fuel cell 10 is stopped (step S18). In such a case, the concentration of nitrogen and water vapor becomes high, and the fuel cell 1
This is because the operating efficiency of 0 decreases and the life of the fuel cell 10 may be shortened due to dew condensation.

【0030】C.効果:以上で説明した本実施例の燃料
電池システムによれば、循環用のポンプ26の出力に応
じてシャット弁28の開デューティを制御することによ
り、ポンプ26の出力低下時でも燃料電池10の運転効
率の低下を抑制することができる。
C. Effect: According to the fuel cell system of the present embodiment described above, by controlling the open duty of the shut valve 28 according to the output of the pump 26 for circulation, the fuel cell 10 of the fuel cell 10 is controlled even when the output of the pump 26 is reduced. It is possible to suppress a decrease in operating efficiency.

【0031】D.変形例:本発明の燃料電池システム
は、種々の装置の動力源に適用可能である。例えば、本
発明は、移動体の動力源として構成することができる。
D. Modification: The fuel cell system of the present invention is applicable to the power source of various devices. For example, the present invention can be configured as a power source of a mobile body.

【0032】本発明では、ポンプ出力の他、空気流量に
応じて開デューティを制御する場合を例示した。この制
御には、空気流量に代えて、アノードオフガス中に含ま
れる窒素および水蒸気量に関連する種々のパラメータを
用いることができる。利用可能なパラメータとしては、
例えば、燃料電池に対する発電要求、カソードまたはア
ノードに供給されるガスの圧力、カソードまたはアノー
ドから排出されるガスの流量または圧力などが挙げられ
る。
The present invention exemplifies the case where the open duty is controlled according to the air flow rate in addition to the pump output. For this control, various parameters related to the amounts of nitrogen and water vapor contained in the anode offgas can be used instead of the air flow rate. Available parameters are:
For example, the power generation requirement for the fuel cell, the pressure of the gas supplied to the cathode or the anode, the flow rate or the pressure of the gas discharged from the cathode or the anode, and the like can be mentioned.

【0033】本実施例では、アノードオフガスは、シャ
ット弁28から外気に排出される場合を例示した。本発
明は、水素は引火性を有するため、排出前にアノードオ
フガス中の水素を酸化処理または燃焼する機構を設けて
も良い。
In this embodiment, the case where the anode off gas is discharged from the shut valve 28 to the outside air has been illustrated. In the present invention, since hydrogen has flammability, a mechanism for oxidizing or burning hydrogen in the anode off-gas before discharging may be provided.

【0034】本発明は、水素タンクから水素を供給する
システムのみならず、改質によって水素を生成するシス
テムに利用することもできる。
The present invention can be applied not only to a system for supplying hydrogen from a hydrogen tank, but also to a system for producing hydrogen by reforming.

【0035】以上、本発明の種々の実施例について説明
したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣
旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができるこ
とはいうまでもない。例えば、以上の制御処理はソフト
ウェアで実現する他、ハードウェア的に実現するものと
してもよい。
Although various embodiments of the present invention have been described above, it is needless to say that the present invention is not limited to these embodiments and that various configurations can be adopted without departing from the spirit of the invention. For example, the above control processing may be realized by hardware as well as software.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例としての燃料電池システムの概略構成を
示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system as an example.

【図2】燃料電池運転制御処理のフローチャートであ
る。
FIG. 2 is a flowchart of a fuel cell operation control process.

【図3】開デューティを与えるマップ例を示す説明図で
ある。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a map that gives an open duty.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…燃料電池 11a…供給口 11b…排出口 12a…供給口 12b…排出口 13…電解質膜 20…水素タンク 21…バルブ 22、23…レギュレータ 25…逆止弁 26…ポンプ 27…凝縮器 28…シャット弁 30…ポンプ 24,31…流量センサ 50…制御ユニット 10 ... Fuel cell 11a ... Supply port 11b ... outlet 12a ... Supply port 12b ... outlet 13 ... Electrolyte membrane 20 ... Hydrogen tank 21 ... Valve 22, 23 ... Regulator 25 ... Check valve 26 ... Pump 27 ... Condenser 28 ... Shut valve 30 ... Pump 24, 31 ... Flow rate sensor 50 ... Control unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古藤 隆志 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 水野 秀昭 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 Fターム(参考) 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 BA13 BA19 KK05 KK25 KK26 KK52 MM08    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Takashi Furudo             1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Auto             Car Co., Ltd. (72) Inventor Hideaki Mizuno             1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Auto             Car Co., Ltd. F-term (reference) 5H026 AA06                 5H027 AA06 BA01 BA13 BA19 KK05                       KK25 KK26 KK52 MM08

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃料電池システムであって、 水素極と酸素極とを備える燃料電池と、 前記水素極の排出ガスを該水素極に循環させる循環流路
と、 該循環流路に設けられた循環ポンプと、 該排出ガスを前記循環流路外に排出するための連通部
と、 該連通部の開閉を制御する連通制御部とを備え、 該連通制御部は、前記連通部の開閉状態を前記循環ポン
プの出力に応じて制御する燃料電池システム。
1. A fuel cell system, comprising: a fuel cell having a hydrogen electrode and an oxygen electrode; a circulation passage for circulating exhaust gas of the hydrogen electrode to the hydrogen electrode; and a circulation passage provided in the circulation passage. A circulation pump, a communication section for discharging the exhaust gas to the outside of the circulation flow path, and a communication control section for controlling opening / closing of the communication section are provided, and the communication control section controls the open / closed state of the communication section. A fuel cell system that controls according to the output of the circulation pump.
【請求項2】 請求項1記載の燃料電池システムであっ
て、 前記連通制御部は、前記循環ポンプの出力低下時には前
記連通部が開状態となる時間密度を増大させる燃料電池
システム。
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the communication control unit increases a time density in which the communication unit is in an open state when the output of the circulation pump decreases.
【請求項3】 請求項1記載の燃料電池システムであっ
て、 前記連通制御部は、更に、前記燃料電池の出力に基づい
て前記制御を行う燃料電池システム。
3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the communication control unit further performs the control based on an output of the fuel cell.
【請求項4】 請求項3記載の燃料電池システムであっ
て、 前記連通制御部は、前記燃料電池の出力の増大時には前
記連通部が開状態となる時間密度を増大させる燃料電池
システム。
4. The fuel cell system according to claim 3, wherein the communication control unit increases the time density in which the communication unit is open when the output of the fuel cell increases.
【請求項5】 請求項3記載の燃料電池システムであっ
て、 前記連通制御部は、前記燃料電池の出力を表すパラメー
タとして、該燃料電池への出力要求値、該燃料電池に供
給されるガスの圧力若しくは流量、前記燃料電池から排
出されるガスの圧力若しくは流量のうち、少なくとも一
つを用いて前記制御を行う燃料電池システム。
5. The fuel cell system according to claim 3, wherein the communication control unit has a required output value for the fuel cell and a gas supplied to the fuel cell as parameters indicating the output of the fuel cell. And the flow rate of the gas discharged from the fuel cell, the fuel cell system performing the control using at least one.
【請求項6】 請求項1記載の燃料電池システムであっ
て、 前記循環ポンプの出力、および前記連通部が開状態とな
る時間密度について、それぞれ実現可能な最大値が予め
設定された所定値以下となる場合に該燃料電池の運転を
停止する停止制御手段を備える燃料電池システム。
6. The fuel cell system according to claim 1, wherein maximum achievable maximum values of the output of the circulation pump and the time density at which the communication section is in an open state are equal to or less than predetermined values. A fuel cell system including stop control means for stopping the operation of the fuel cell in the case of:
【請求項7】 請求項1〜6いずれか記載の燃料電池シ
ステムであって、 前記連通部は、水素を処理することなく前記排出ガスを
大気に放出する燃料電池システム。
7. The fuel cell system according to claim 1, wherein the communication section releases the exhaust gas to the atmosphere without processing hydrogen.
【請求項8】 燃料電池システムの制御方法であって、 該燃料電池システムは、 水素極と酸素極とを備える燃料電池と、 前記水素極の排出ガスを該水素極に循環させる循環流路
と、 該循環流路に設けられた循環ポンプと、 該排出ガスを前記循環流路外に排出するための連通部と
を備えており、 該制御方法は、 前記循環ポンプの出力を検出する工程と、 前記連通部の開閉状態を前記循環ポンプの出力に応じて
制御する工程とを備える制御方法。
8. A method of controlling a fuel cell system, the fuel cell system comprising: a fuel cell having a hydrogen electrode and an oxygen electrode; and a circulation channel for circulating exhaust gas of the hydrogen electrode to the hydrogen electrode. A circulation pump provided in the circulation flow passage, and a communication unit for discharging the exhaust gas to the outside of the circulation flow passage, the control method including a step of detecting an output of the circulation pump. Controlling the open / closed state of the communication unit according to the output of the circulation pump.
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