JP2003203665A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
動時間の短い燃料電池システムを提供する。 【解決手段】 燃料電池本体12は、改質器11が生成
した改質ガスと空気から発電する。燃焼器15は、燃料
電池本体12が排出する排気ガスを燃焼する。コンプレ
ッサ3は、流量制御弁10,9,8を介して、それぞれ
改質器11、燃料電池本体12及び燃焼器15に通常運
転時の空気を供給するとともに、水滴除去空気の供給源
となる。燃料電池停止時、エアドライヤ21で乾燥させ
た空気を用いて、流速の速い空気が流れる水滴除去開度
とした流量制御弁10,9,8、13,14に付着した
水滴を吹き飛ばす。
Description
に係り、特に空気供給系の結露を防止した燃料電池シス
テムに関する。
た場合、システム内の結露が凍結して、再始動に影響す
ることがある。例えば、燃料電池システムを停止状態で
0℃以下の低温雰囲気に放置すると、空気中に含まれる
水分により空気流量制御手段が凍結し、起動時に氷を溶
解して空気流量制御手段を可動状態にすることが必要と
なる。このような解氷手段として、従来は空気供給手段
であるコンプレッサ等を最高効率点より高い圧縮圧力で
運転し、空気の断熱圧縮により得られる高温空気によ
り、システムの温度を上昇させて解凍する方法(特開2
000−12060号公報)などが提案されている。
来の空気供給手段から供給される高温空気によりシステ
ムの温度を上昇させ空気流量制御手段の解凍を行う方法
は、氷の溶解までに時間がかかるため、システム起動時
間が長くなるという問題点があった。
段が全閉状態を維持するため、凍結し固着した場合空気
供給手段から供給される空気が空気流量制御手段より下
流に位置する装置に行き渡らないため、さらにシステム
起動時間が長くなるという問題点があった。
を溶解させる方法も考えられるが、この場合システムが
複雑になる上にバッテリー等付属のエネルギを使用する
必要があるという問題点があった。
ためになされたものであり、空気流量制御手段の凍結、
固着を防止し、起動時間の短い燃料電池システムを提供
することを目的とする。
請求項1記載の発明は、燃料電池システムに空気を供給
する空気供給手段と、空気を供給する流路の開度を変化
させて空気流量を制御する空気流量制御手段を備え、前
記燃料電池システムを停止する際あるいは停止後の所定
条件成立時に、前記空気流量制御手段の開度を流速の速
い空気を流す水滴除去開度とし、前記水滴除去開度で空
気を流すことによって前記空気流量制御手段に付着した
水滴を吹き飛ばす水滴除去手段を設けたことを要旨とす
る燃料電池システムである。
明は、請求項1記載の燃料電池システムにおいて、原燃
料を改質触媒下で改質反応し水素リッチな改質ガスを生
成する燃料改質手段と、該燃料改質手段が生成した改質
ガスと前記空気供給手段から供給する空気から発電する
発電手段と、該発電手段が排出する排気ガスを前記空気
供給手段から空気の供給を受けて燃焼する燃焼手段と、
を備え、前記空気流量制御手段は、前記空気供給手段か
ら前記燃料改質手段及び前記発電手段及び前記燃焼手段
のそれぞれに通じる流路の開度を変化させて空気流量を
制御し、前記水滴除去手段は、前記発電手段の発電を停
止する際あるいは停止後、前記燃料改質手段の温度が十
分低下した状態で所定条件成立時に、前記空気流量制御
手段の開度を流速の速い空気を流す水滴除去開度とし、
該水滴除去開度において空気を流すことによって前記空
気流量制御手段に付着した水滴を吹き飛ばすことを要旨
とする。
明は、請求項1記載の燃料電池システムにおいて、水素
貯蔵手段が供給する水素ガスと前記空気供給手段から供
給する空気から発電する発電手段と、該発電手段が排出
する排気ガスを前記空気供給手段から空気の供給を受け
て燃焼する燃焼手段と、を備え、前記空気流量制御手段
は、前記空気供給手段から前記発電手段及び前記燃焼手
段のそれぞれに通じる流路の開度を変化させて空気流量
を制御し、前記水滴除去手段は、前記発電手段の発電を
停止する際あるいは停止後、システムの温度が十分低下
した状態で所定条件成立時に、前記空気流量制御手段の
開度を流速の速い空気を流す水滴除去開度とし、該水滴
除去開度において空気を流すことによって前記空気流量
制御手段に付着した水滴を吹き飛ばすことを要旨とす
る。
明は、請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の燃料
電池システムにおいて、前記水滴除去手段は、外気温度
を検出する外気温度検出手段を備え、システム停止時に
該外気温度検出手段により検出された外気温度が所定の
温度以下の場合を前記所定条件とすることを要旨とす
る。
明は、請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の燃料
電池システムにおいて、前記水滴除去手段は、外気温度
を検出する外気温度検出手段と、前記空気流量制御手段
の温度を検出するシステム温度検出手段と、を備え、前
記外気温度検出手段によって検出された外気温度と前記
システム温度検出手段によって検出された前記空気流量
制御手段の温度との差が所定の温度差以下となった場合
を前記所定条件とすることを要旨とする。
明は、請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の燃料
電池システムにおいて、前記水滴除去手段は、前記空気
流量制御手段のうち少なくとも一つの湿度を検出するシ
ステム湿度検出手段を備え、該システム湿度検出手段に
よって検出された湿度が所定の湿度となった場合を前記
所定条件とすることを要旨とする。
明は、請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の燃料
電池システムにおいて、前記水滴除去手段は、前記空気
流量制御手段内の温度と湿度がそれぞれの所定値となる
場合を前記所定条件として水滴除去を行うことを要旨と
する。
明は、請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の燃料
電池システムにおいて、前記水滴除去手段は、水滴除去
を行う空気を前記空気供給手段から供給する水滴除去空
気供給手段を備え、該水滴除去空気供給手段から供給さ
れる空気を吸湿手段を通して除湿した乾燥空気を使用す
ることを要旨とする。
明は、請求項8に記載の燃料電池システムにおいて、前
記吸湿手段は、システム起動時に前記燃焼手段の熱によ
って加熱され、貯えた水分を排出することにより再生可
能であることを要旨とする。
発明は、請求項8に記載の燃料電池システムにおいて、
前記吸湿手段は、該吸湿手段の質量を検出する質量検出
手段と、該質量検出手段が所定の質量を検出した場合、
該吸湿手段の交換が必要なことを報知する報知手段と、
を備えたことを要旨とする。
発明は、請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の燃
料電池システムにおいて、前記水滴除去手段は、水滴除
去を行う空気を供給する水滴除去空気供給手段としてシ
ステム下流に蓄圧手段を備え、前記空気供給手段から供
給される空気を該蓄圧手段に蓄え、その後システム上流
に設けられた空気逆流手段を用いて、システム内を逆流
させることを要旨とする。
発明は、請求項11に記載の燃料電池システムにおい
て、前記蓄圧手段は、蓄えた空気から水分を除去する吸
湿手段を備えたことを要旨とする。
発明は、請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の燃
料電池システムにおいて、前記水滴除去手段は、直列に
配置された複数の前記空気流量制御手段に対して水滴除
去を行う場合、前記水滴除去空気供給手段に近い空気流
量制御手段から一つづつ順次開度を水滴除去開度とし、
他の空気流量制御手段は全開とすることを要旨とする。
発明は、請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の燃
料電池システムにおいて、前記水滴除去手段は、並列に
配置された複数の空気流量制御手段に対して水滴除去を
行う場合、水滴除去を行う空気流量制御手段を水滴除去
開度とし、他の空気流量制御手段は全閉とすることを要
旨とする。
発明は、請求項13に記載の燃料電池システムにおい
て、前記水滴除去手段は、前記水滴除去空気供給手段か
ら離れた空気流量制御手段ほど、水滴除去を行う際の空
気流量制御手段の開度を水滴除去開度に保持する時間を
長くすることを要旨とする。
発明は、請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の燃
料電池システムにおいて、前記水滴除去手段は、空気流
量制御手段の周囲の条件によって、水滴除去を行う空気
流量制御手段の開度を水滴除去開度とする時間を変化さ
せることを要旨とする。
発明は、請求項16に記載の燃料電池システムにおい
て、少なくとも一つの前記空気流量制御手段にシステム
内温度を検出するシステム内温度検出手段を備え、前記
水滴除去手段は、前記システム内温度検出手段によって
検出された温度に応じて、水滴除去を行う空気流量制御
手段を水滴除去開度に保持する時間を変化させることを
要旨とする。
発明は、請求項16に記載の燃料電池システムにおい
て、少なくとも一つの前記空気流量制御手段にシステム
内湿度を検出するシステム内湿度検出手段を備え、前記
水滴除去手段は、前記システム内湿度検出手段によって
検出された湿度に応じて、水滴除去を行う前記空気流量
制御手段を水滴除去開度に保持する時間を変化させるこ
とを要旨とする。
発明は、請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の燃
料電池システムにおいて、前記水滴除去手段は、水滴除
去を行う前記空気流量制御手段の開度を周期的に変化さ
せることを要旨とする。
ば、システム停止後十分冷えた状態で所定条件成立時
に、空気流量制御手段の開度を狭く開け空気を流すた
め、空気流量制御手段においてノズルの様な効果が得ら
れ、空気流量制御手段に付着した水滴の除去を行うこと
ができ、システムを低温雰囲気に保管した場合でも空気
流量制御手段が凍結し固着することを防止でき短時間で
のシステム起動が可能となるという効果がある。
出手段で検出した外気温度が例えば0℃を下回る時のみ
水滴除去を行うことができるため、不要な水滴除去動作
を抑制し、水滴除去に使用するエネルギ量を低減するこ
とができるという効果がある。
って冷された空気流量制御手段の壁面への結露による凍
結を防ぐことができるという効果がある。
御手段の湿度を直接検出した結果に基づいて、凍結の原
因となる結露を防ぐことができるという効果がある。
おける空気流量制御手段内の空気中の飽和水蒸気量が全
て空気流量制御手段に凍結したとしても、空気流量制御
手段の可動部(バルブ)の駆動力のみで凍結を解除でき
る前記温度で水滴除去を行うことができるようになり、
停止後に外気温度が0℃以下になった場合においても次
回の起動の際、万一バルブが凍結してもバルブの駆動力
のみで凍結を解除できる、と共に水滴除去を速く完了で
き停止動作を速く終了できるという効果がある。
供給手段を追加することなく簡易な装置構成によって空
気流量制御手段に付着した水滴の除去を行うことができ
るという効果がある。
することにより空気中の水分が除去され、システム内に
乾燥した空気が充填されることとなり結露を防止するこ
とができ、また通常運転時には通過しないラインに設置
されるため、通常運転時の圧力損失に影響しないという
効果がある。
御手段に付着した水滴の除去に要するランニングコスト
を抑制することができるという効果がある。
ではない吸湿手段を用いた場合にも交換時期が容易に判
かるという効果がある。
時とは逆向きの流れの空気にて水滴除去を行えるように
なり、より効果的に空気流量制御手段へ付着した水滴を
除去することができる。
によって水滴除去ができるようになり、水滴除去後の再
結露を防止することができるという効果がある。
気流量制御手段において除去した水滴が別の空気流量制
御手段に付着した場合でも確実に除去することができる
という効果がある。さらに、水滴除去を行っていない空
気流量制御手段は全開とするため、圧力損失が小さく、
水滴除去空気供給手段から最も離れた空気流量制御手段
においても確実な水滴除去が可能となるという効果があ
る。
を行う空気流量制御手段に無駄なく水滴除去に用いる空
気を供給することができるという効果がある。
空気供給手段から離れて運動エネルギの低下した空気で
も確実に水滴除去を行うことができるという効果があ
る。
いる水滴が多い場合でも確実に除去することができると
いう効果がある。
滴付着が予測される低温時にも確実に温度に応じて水滴
除去時間を変化させることができるようになり、空気流
量制御手段の凍結を未然に防止することができるという
効果がある。
滴付着が予測される多湿時にも確実に湿度に応じて水滴
除去時間を変化させることができるようになり、空気流
量制御手段の凍結を未然に防止することができるという
効果がある。
中の空気の流れに変化が発生するため、定常的な流れで
は除去しきれない水滴についても除去することができる
という効果がある。
施の形態を詳細に説明する。図1は、本発明に係る燃料
電池システムの第1の実施形態の構成を示すシステム構
成図である。図1において、燃料電池システムは、空気
を濾過するエアフィルター1と、各部の空気流量を検出
するエアフローメータ2と、濾過した空気を圧縮して燃
料電池システム各部に供給する空気供給手段であるコン
プレッサ3と、コンプレッサ3を駆動する駆動モータ4
と、エアフローメータ5,6,7と、流量制御弁8,
9,10と、原燃料を改質触媒下で改質反応し水素リッ
チな改質ガスを生成する燃料改質手段である改質器11
と、改質器11からの改質ガスとコンプレッサ3からの
空気とで発電する発電手段である燃料電池本体12と、
圧力制御弁13,14と、燃料電池本体12が排出する
排気ガスをコンプレッサ3からの空気の供給を受けて燃
焼させる燃焼手段である燃焼器15と、燃焼器15から
の排気騒音を低減する消音器16と、方向制御弁17,
18とを備えている。
エアフローメータ5と流量制御弁8、エアフローメータ
6と流量制御弁9、エアフローメータ7と流量制御弁1
0の組合せそれぞれを空気流量制御手段とする。
手段と共通である。さらに、方向制御弁19,20と、
水滴除去用の空気を除湿するエアドライヤ21と、エア
ドライヤ21を燃焼器15の廃熱で加熱することにより
エアドライヤ21を再生するエアドライヤ乾燥機22と
は、吸湿手段とする。
浄された空気をエアフローメータ2にて流量を検出し、
コンプレッサ3の吐出量が所望の流量となるようコンプ
レッサ駆動モータ4を制御している。
池本体12,燃焼器15への流路それぞれに設けられて
おり、エアフローメータ5,6,7にて検出した流量か
ら所望の下流流量となるよう流量制御弁8,9,10の
開度を変更し、改質器11,燃料電池本体12,燃焼器
15へ供給する空気流量を制御している。
メタノールやガソリンといった炭化水素系燃料と水及び
コンプレッサ3から供給される空気を用いて、改質触媒
にて改質反応を起こし、H2 とCOの混合ガスを生成す
る。COは燃料電池本体12の白金電極を被毒させ燃料
電池本体12の性能を著しく低下させることから、改質
器11は、選択酸化反応手段等を用いて混合ガス中のC
O除去を行い、水素リッチな改質ガスを生成する装置も
備えている。
れる改質ガスを燃料極に供給され、コンプレッサ3から
供給される空気を空気極に供給され、改質ガス中の水素
と空気中の酸素による電気化学反応により発電を行う。
12の燃料極と空気極の圧力バランスを制御するもので
あり、一種の流量制御手段である。
される反応後の改質ガスと空気を触媒にて酸化させ、大
気への放出可能な水蒸気等物質へ変化させる。方向制御
弁17は通常運転中は開、方向制御弁20,19は閉状
態にある。
燃料電池システムの改質器11を水素貯蔵手段である水
素ボンベ25へ置き換えたものであり、改質器11が不
要となるため、より簡易なシステム構成とすることがで
きる。コンプレッサ3,燃料電池本体12及び燃焼器1
5は、図1と同様であるが空気流量制御手段として、エ
アフローメータ5と流量制御弁8、エアフローメータ6
と流量制御弁9の2対を有し、また燃料電池本体12へ
供給される水素ガスは、減圧弁26,フローメータ27
及び流量制御弁10からなる水素流量制御手段にて所望
の流量に制御され燃料極へ供給される。
置には同一の符号が付されている。また、図2におい
て、23が方向制御弁、24が蓄圧手段を示しており、
これら23と24の組合せを逆流手段とする。また、図
2においては蓄圧手段24を水滴除去空気供給手段とす
る。
図1に吸湿手段、水素ボンベを用いたシステムである図
2に逆流手段を示しているが、図1の図2と同等位置に
逆流手段、図2の図1と同等位置に吸湿手段を設けて
も、同様の効果が得られる。
8,9,10及び図2の流量制御弁8,9をシステム内
部が高温の状態で閉とするため、システム冷却後に結露
を起こし0℃以下の低温雰囲気でシステムを保管した場
合、図1の流量制御弁8,9,10及び図2の流量制御
弁8,9の凍結、固着が発生し、次起動時にコンプレッ
サ3から供給される高温空気によって流量制御弁の凍結
が溶解するまでの時間を要しシステム起動までに長時間
を要することとなる。
に、図1の水滴除去空気供給手段(コンプレッサ)3ま
たは図2の水滴除去空気供給手段(蓄圧器)24からの
空気を用いて、図1の流量制御弁8,9,10、圧力制
御弁13,14及び図2の流量制御弁8,9に付着した
水滴を吹き飛ばすため、結露、凍結することがなく起動
時間の短縮を図ることができる。
る。図3に本発明のフローチャートを示す。まずステッ
プS1にて、発電停止信号等の入力により発電停止シー
ケンスが起動し、ステップS2で改質器11、燃料電池
本体12、燃焼器15への空気供給を停止し、該反応を
停止するために、方向制御弁17,18及び空気流量制
御手段8,9,10及び圧力制御手段13,14を閉と
する。
電池本体12、燃焼器15の反応が止ったことを確認
し、ステップS4にて、水滴除去を起動するか否かを判
定する条件である水滴除去起動条件の成否の判断を行
う。ステップS4で条件が成立しなければ、ステップS
5でシステム停止から所定時間経過したか否かを判断す
る。所定時間経過していなければステップS4へ戻る。
ステップS5の判定で所定時間経過していれば、次のス
テップS6以下の処理により、吸湿手段などを通してで
きるだけ水分を含まない空気でエアブローを行うと共
に、システム配管内に含水量の少ない空気を充填して、
外気温低下時に結露する水分量を減らす処理をおこな
う。
は、いくつかの条件が考えられ、その一つである第1水
滴除去起動条件として、凍結を防ぐためにシステム外気
温度が0℃以下の場合とすることができる。この場合、
ステップS4の条件判定から実際に水滴除去を行うまで
には、ある程度の起動遅延時間が経過して、システム内
に結露が発生してから水滴除去を行うことが望ましい。
この起動遅延時間もシステム外気温度を参照して、外気
温度が低いほど短く制御することもできる。
内の湿度を検出する手段を備え、システム内の湿度が1
00%になった場合に水滴除去を行う判断をすることが
できる。この場合も、実際に水滴除去を行う際にはシス
テム内の湿度が100%になってからある程度時間が経
過して、システム内に結露が発生してから水滴除去を行
うことが望ましい。
は温度と空気中の飽和水蒸気量との関係を模式的に表し
たものである。ここで、システムはシステム内の温度T
1、T2(T1,T2は同じ位置の温度)と外気温度T
0を検出する装置を備えている。図4中、φ1と曲線が
交差する温度以下で結露は発生するが、システムはT0
という雰囲気温度下に停止状態で保管されるため、放っ
ておくとシステム内温度はT0に向かって下がる(T1
→T2)ことになる。そのため、φ1となる温度にて水
滴除去を行っても、すぐに再び結露することになる。
は、外気温度が0℃以下の時にシステム停止からある時
間が経過してから実際の水滴除去を行うようにしたが、
次に説明する第3水滴除去起動条件では、システム内温
度がT0にできるだけ近づいて所定値T2になった時を
水滴除去条件が成立したと判断して水滴除去を行う。
に水滴除去を行えば、結露にて発生した水滴が全て除去
でき、以後、T0に変化がなければシステム内に結露が
発生することはない。しかし、T2がT0にサチレート
するまでには長い時間を要する。このために、T0とT
2の差がT0とT1の差に対して所定値(所定の割合、
例えば70%)低下した時の温度のよう決めると、長い
時間を要せずにシステムがT0まで低下した場合のうち
の大部分の結露を水滴除去させることができる。ここで
70%という所定値は、この値に限られたものではなく
設計値として決められる所定値である。
除去前に凍結してしまう可能性があるので、T2<0℃
であればT2になるのを待たず0℃になる直前で水滴除
去を行うようにすればよい。
2の決め方としては、さらに次のような方法がある(第
4水滴除去起動条件)。ここでの方法はシステム停止後
に例えば数日後に外気温度が氷点下以下になったような
場合にでもバルブが凍結しないようにするためのもので
あり、これまで説明したT2との意味が異なるのでT2
をT2’とする。
しても、バルブの駆動力のみで凍結を解除できる水分量
φ2をあらかじめ実験的に求めておく。次に、湿度10
0%のT2’が0℃まで温度低下した時の結露量がφ2
となるようにして所定の温度T2’を求める。ここで温
度T2’になった時に水滴除去すれば、停止後に外気温
度が0℃以下になった場合においても次回の起動を確実
にすると共に、水滴除去を速く完了でき、停止動作を速
く終了できる。
応器上流にある場合、即ち流量制御弁8,9,10の場
合、システムに導入される空気中の水分量は外気と同じ
であるので、システム停止時に外気温度と湿度を計測し
て、この時の外気がシステム内でT2’℃になった時の
水分量を算出し、この水分量が、温度T2’℃で湿度1
00%の時の水分量以上でなければ、水滴除去を行わな
いようにする。
力のみで凍結を解除できる水分量φ2より少ないので、
温度がT2に低下するのを待たずに、システム停止操作
時に直ちに水滴除去を行わないでよいという判断ができ
る。これにより、水滴除去の必要の無いときに直ちに水
滴除去を行うことを防止できる。
器下流にある場合、即ち、圧力制御弁13,14の場
合、システム停止時にシステム内の温度と湿度を計測し
ておけば、システム内の温度が温度T2’になった時の
湿度を算出することができ、この温度T2’時の湿度が
100%に達していなければ凍結しても問題が生じる結
露量にはならないので、水滴除去を行わないでよいとい
う判断ができる。
の無いときに水滴除去を行うことを防止できる。一例を
挙げると、例えば、システム内温度が80℃でシステム
内の湿度が10%と低い値であり、T2’が20℃であ
ったような場合にはT2’が20℃になった時に湿度が
100%となることはないと考えられるので、このよう
な場合には水滴除去は行わなくてよい。
第4水滴除去起動条件の各条件のうち少なくとも一つが
満たされた場合、図3のステップS4の水滴除去起動条
件が成立したものとする。次いで、ステップS6にて空
気流量制御手段を水滴除去開度に開き、ステップS7で
水滴除去空気をシステム内に流入させ、空気流量制御手
段に付着した水滴を除去する。水滴を除去した後にステ
ップS8でバルブを全て閉じて終了する。
方法として、図1の様にコンプレッサ3を用いシステム
順方向に空気を流入する方法や、図2の様に蓄圧手段2
4に一度空気を貯え、方向制御弁23を開とすることに
よって生じる逆流を用いる方法が考えられる。この時、
流入する空気が乾燥しているほど、さらに外気温度が下
がった場合に再度結露することがないため、吸湿手段ま
たは燃焼器15を通過させた乾燥した空気を流入させ
る。
を流入させる場合、図1のようにコンプレッサ3の下流
に吸湿手段19,20,21を設け、水滴除去空気流入
時には、方向制御弁17を閉、方向制御弁19及び20
を開としてエアドライヤ21を通過し乾燥した空気をシ
ステム内に流入させる。
再生可能な吸湿材を用いた場合は、システム起動時に燃
焼器15からの高温の排ガスがエアドライヤ乾燥機22
によって加熱され、エアドライヤ21に吸着した水分を
放出することにより、エアドライヤ21を再生すること
ができる。
手段、例えば生石灰を用いた場合、エアドライヤ21の
質量を検出する装置を設け、図5のように吸湿手段が飽
和したときの質量Mm より軽い所定の質量M1 が検出さ
れた時Tc に吸湿手段の交換が必要であることを報知す
る装置を設けることもできる。
2の通り蓄圧手段24を燃焼器15の下流に設け、蓄圧
手段内に設けられた、例えばシリカゲル、生石灰などの
吸湿手段により、乾燥した空気を蓄圧手段24に貯え逆
流させることもできる。
種々のものが考えられる。例えば、燃料電池発電システ
ムは複数個の空気流量制御手段を有することがほとんど
であり、これらが直列に配置されている場合には、水滴
除去空気供給手段から近いものから順次水滴除去開度
(X)とし、水滴除去を行うことが好ましい。
弁14、空気流量制御弁10と圧力制御弁13がそれぞ
れ直列に設けられているため、図6のタイムチャートの
様に水滴除去空気供給手段であるコンプレッサ3に近い
空気流量制御手段から順に、バルブ開度を水滴除去開度
(X)として水滴除去を行う。このとき、水滴除去を行
なうバルブと直列に配置されている他のバルブの開度
は、100%全開としている。
の様に複数の空気流量制御手段が並列に設けられている
場合には、図7のタイムチャートの様に水滴除去対象の
空気流量制御手段だけを水滴除去開度(X)とし、その
水滴除去期間中、他の空気流量制御手段は全閉とするこ
とにより、対象となる空気流量制御手段に供給される空
気圧を高めることが好ましい。
直列に接続された流路が複数並列に配置されている場
合、複数の並列流路から一つの流路を水滴除去対象とし
て選択し、他の流路を全閉として、対象の流路における
水滴除去空気供給手段(コンプレッサ3)に近い空気流
量制御手段から順に、バルブ開度を水滴除去開度(X)
として水滴除去を行う。
して、図6のタイムチャートのt1,t2 は図1におけ
る空気流量制御弁9と圧力制御弁14を水滴除去開度に
保持する時間を示しているが、図1における水滴除去空
気供給手段であるコンプレッサ3から離れている圧力制
御弁の開度保持時間t2 を空気流量制御弁9の開度保持
時間t1 より長くすることも考えられる。
内温度を検出する装置を設け、図8に模式的に示すよう
に、温度が低いほど水滴除去開度を保持する時間が長く
なるように制御することができる。この場合のシステム
内の温度は、前述の第1、第2水滴除去起動条件におい
て、システム停止後ある程度時間が経過した後のシステ
ム内温度低下とすると、結露が多くなる温度低下の低い
方が、水滴除去に必要な水滴除去保持時間を保持するこ
とができる。さらに、前述の第2水滴除去起動条件にお
いては、図9の模式的に示すように、システム停止操作
直後の湿度が高いほど水滴除去開度保持時間を長くする
ようにすれば、水滴除去時に結露した水分量が多い場合
に確実に水滴除去を行うことができる。
示すように、水滴除去開度を振幅A、周波数fで周期的
に変化させることが考えられる。
除去空気供給手段から空気を供給し、方向制御弁に空気
を溜め、その後開とすることによって同様の効果を得る
方法が考えられる。
水分を含んでいる必要があるが、水滴除去に用いる乾燥
空気の影響で水分量が不十分となる可能性がある。これ
を防ぐため、水滴除去終了後に水ラインを動作させ、燃
料電池本体12内部に水分を供給する必要がある。ある
いは、燃料電池本体12をバイパスするラインを設け、
水滴除去時には該バイパスラインを開くことも考えられ
る。
態を説明するシステム構成図である。
態を説明するシステム構成図である。
ある。
である。
関係を示す図である。
の水滴除去動作のタイムチャートである。
の水滴除去動作のタイムチャートである。
持時間との関係を示す図である。
持時間との関係を示す図である。
イムチャートである。
Claims (19)
- 【請求項1】 燃料電池システムに空気を供給する空気
供給手段と、空気を供給する流路の開度を変化させて空
気流量を制御する空気流量制御手段を備え、前記燃料電
池システムを停止する際あるいは停止後の所定条件成立
時に、前記空気流量制御手段の開度を流速の速い空気を
流す水滴除去開度とし、前記水滴除去開度で空気を流す
ことによって前記空気流量制御手段に付着した水滴を吹
き飛ばす水滴除去手段を設けたことを特徴とする燃料電
池システム。 - 【請求項2】 原燃料を改質触媒下で改質反応し水素リ
ッチな改質ガスを生成する燃料改質手段と、 該燃料改質手段が生成した改質ガスと前記空気供給手段
から供給する空気から発電する発電手段と、 該発電手段が排出する排気ガスを前記空気供給手段から
空気の供給を受けて燃焼する燃焼手段と、を備え、 前記空気流量制御手段は、前記空気供給手段から前記燃
料改質手段及び前記発電手段及び前記燃焼手段のそれぞ
れに通じる流路の開度を変化させて空気流量を制御し、 前記水滴除去手段は、前記発電手段の発電を停止する際
あるいは停止後、前記燃料改質手段の温度が十分低下し
た状態で所定条件成立時に、前記空気流量制御手段の開
度を流速の速い空気を流す水滴除去開度とし、該水滴除
去開度において空気を流すことによって前記空気流量制
御手段に付着した水滴を吹き飛ばす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】 水素貯蔵手段が供給する水素ガスと前記
空気供給手段から供給する空気から発電する発電手段
と、 該発電手段が排出する排気ガスを前記空気供給手段から
空気の供給を受けて燃焼する燃焼手段と、を備え、 前記空気流量制御手段は、前記空気供給手段から前記発
電手段及び前記燃焼手段のそれぞれに通じる流路の開度
を変化させて空気流量を制御し、 前記水滴除去手段は、前記発電手段の発電を停止する際
あるいは停止後、システムの温度が十分低下した状態で
所定条件成立時に、前記空気流量制御手段の開度を流速
の速い空気を流す水滴除去開度とし、該水滴除去開度に
おいて空気を流すことによって前記空気流量制御手段に
付着した水滴を吹き飛ばす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4】 前記水滴除去手段は、外気温度を検出す
る外気温度検出手段を備え、 システム停止時に該外気温度検出手段により検出された
外気温度が所定の温度以下の場合を前記所定条件とする
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に
記載の燃料電池システム。 - 【請求項5】 前記水滴除去手段は、外気温度を検出す
る外気温度検出手段と、前記空気流量制御手段の温度を
検出するシステム温度検出手段と、を備え、 前記外気温度検出手段によって検出された外気温度と前
記システム温度検出手段によって検出された前記空気流
量制御手段の温度との差が所定の温度差以下となった場
合を前記所定条件とすることを特徴とする請求項1乃至
請求項3の何れか1項に記載の燃料電池システム。 - 【請求項6】 前記水滴除去手段は、前記空気流量制御
手段のうち少なくとも一つの湿度を検出するシステム湿
度検出手段を備え、該システム湿度検出手段によって検
出された湿度が所定の湿度となった場合を前記所定条件
とすることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか
1項に記載の燃料電池システム。 - 【請求項7】 前記水滴除去手段は、前記空気流量制御
手段内の温度と湿度がそれぞれの所定値となる場合を前
記所定条件として水滴除去を行うことを特徴とする請求
項1乃至請求項3の何れか1項に記載の燃料電池システ
ム。 - 【請求項8】 前記水滴除去手段は、水滴除去を行う空
気を前記空気供給手段から供給する水滴除去空気供給手
段を備え、該水滴除去空気供給手段から供給される空気
を吸湿手段を通して除湿した乾燥空気を使用することを
特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の
燃料電池システム。 - 【請求項9】 前記吸湿手段は、システム起動時に前記
燃焼手段の熱によって加熱され、貯えた水分を排出する
ことにより再生可能であることを特徴とする請求項8に
記載の燃料電池システム。 - 【請求項10】 前記吸湿手段は、 該吸湿手段の質量を検出する質量検出手段と、 該質量検出手段が所定の質量を検出した場合、該吸湿手
段の交換が必要なことを報知する報知手段と、 を備えたことを特徴とする請求項8に記載の燃料電池シ
ステム。 - 【請求項11】 前記水滴除去手段は、水滴除去を行う
空気を供給する水滴除去空気供給手段としてシステム下
流に蓄圧手段を備え、 前記空気供給手段から供給される空気を該蓄圧手段に蓄
え、その後システム上流に設けられた空気逆流手段を用
いて、システム内を逆流させることを特徴とする請求項
1乃至請求項3の何れか1項に記載の燃料電池システ
ム。 - 【請求項12】 前記蓄圧手段は、蓄えた空気から水分
を除去する吸湿手段を備えたことを特徴とする請求項1
1に記載の燃料電池システム。 - 【請求項13】 前記水滴除去手段は、直列に配置され
た複数の前記空気流量制御手段に対して水滴除去を行う
場合、前記水滴除去空気供給手段に近い空気流量制御手
段から一つづつ順次開度を水滴除去開度とし、他の空気
流量制御手段は全開とすることを特徴とする請求項1乃
至請求項3の何れか1項に記載の燃料電池システム。 - 【請求項14】 前記水滴除去手段は、並列に配置され
た複数の空気流量制御手段に対して水滴除去を行う場
合、水滴除去を行う空気流量制御手段を水滴除去開度と
し、他の空気流量制御手段は全閉とすることを特徴とす
る請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の燃料電池
システム。 - 【請求項15】 前記水滴除去手段は、前記水滴除去空
気供給手段から離れた空気流量制御手段ほど、水滴除去
を行う際の空気流量制御手段の開度を水滴除去開度に保
持する時間を長くすることを特徴とする請求項13に記
載の燃料電池システム。 - 【請求項16】 前記水滴除去手段は、空気流量制御手
段の周囲の条件によって、水滴除去を行う空気流量制御
手段の開度を水滴除去開度とする時間を変化させること
を特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載
の燃料電池システム。 - 【請求項17】 少なくとも一つの前記空気流量制御手
段にシステム内温度を検出するシステム内温度検出手段
を備え、 前記水滴除去手段は、前記システム内温度検出手段によ
って検出された温度に応じて、水滴除去を行う空気流量
制御手段を水滴除去開度に保持する時間を変化させるこ
とを特徴とする請求項16に記載の燃料電池システム。 - 【請求項18】 少なくとも一つの前記空気流量制御手
段にシステム内湿度を検出するシステム内湿度検出手段
を備え、 前記水滴除去手段は、前記システム内湿度検出手段によ
って検出された湿度に応じて、水滴除去を行う前記空気
流量制御手段を水滴除去開度に保持する時間を変化させ
ることを特徴とする請求項16に記載の燃料電池システ
ム。 - 【請求項19】 前記水滴除去手段は、水滴除去を行う
前記空気流量制御手段の開度を周期的に変化させること
を特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載
の燃料電池システム。
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