JP2004172030A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明では、発電停止前の状態が低負荷運転である場合であっても、燃料を無駄にすることなく残溜水分を排出することが可能な燃料電池システムを提供することを課題とする。
【解決手段】燃料電池システムＳは、燃料電池ＦＣから排出される水素を再度燃料電池ＦＣに戻す循環流路２４と、この循環流路２４内で水素を循環させる循環ポンプＰと、循環流路２４内の水素を外部へ排出させる水素用パージ弁２５とを備えている。そして、燃料電池ＦＣの発電停止時においては、ＥＣＵ３によって循環ポンプＰを所定時間運転させ、その後水素用パージ弁２５を開くように、これらの循環ポンプＰおよび水素用パージ弁２５を制御している。
【選択図】 図１
【解決手段】燃料電池システムＳは、燃料電池ＦＣから排出される水素を再度燃料電池ＦＣに戻す循環流路２４と、この循環流路２４内で水素を循環させる循環ポンプＰと、循環流路２４内の水素を外部へ排出させる水素用パージ弁２５とを備えている。そして、燃料電池ＦＣの発電停止時においては、ＥＣＵ３によって循環ポンプＰを所定時間運転させ、その後水素用パージ弁２５を開くように、これらの循環ポンプＰおよび水素用パージ弁２５を制御している。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温環境下における燃料電池の起動を円滑に行うために、発電停止時においてその内部に残溜した水分を効果的に排出させる燃料電池システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃料電池システムでは、その発電停止時に燃料電池の水素極側流路に設けた排水口を開けることで、発電中に燃料電池内部に残溜した凝縮水を水素の残存圧力などを利用して排水する手法が取られていた。ちなみに、これ以外の手法としては、燃料電池内の残溜水分量に基づいて燃料電池の出力電流を制御することで、蒸発速度を向上させて効率よく残溜水分を除去するものがある（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２４６０５３号公報（第２頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記した水素の残存圧力を利用して残溜水分を排水する手法では、発電停止直後に排水口を開けていたので、発電停止前の状態が低負荷運転である場合に水素の残存圧力だけでは、十分な排水をすることが困難であった。また、これを解決するために、発電停止時に新たに水素を供給して排水動作を長時間続けることも可能であるが、この場合は大量の水素を外部に放出することになり、燃料の無駄になるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、発電停止前の状態が低負荷運転である場合であっても、燃料を無駄にすることなく残溜水分を排出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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した本発明は、燃料電池から排出される水素を再度燃料電池に戻す循環流路と、この循環流路内で水素を循環させる循環ポンプと、前記循環流路内の水素を外部へ排出させるパージ弁とを備えた燃料電池システムであって、前記燃料電池の発電停止時において、前記循環ポンプを所定時間運転させ、その後前記パージ弁を開くように、これらの循環ポンプおよびパージ弁を制御する制御装置を備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、燃料電池の発電が停止すると、制御装置から循環ポンプに制御信号が出力され、この制御信号により循環ポンプが所定時間駆動される。これにより、残存した水素が循環流路内を何度も循環し、その流れによって残溜水分がパージ弁近傍に掻き出される。そして、循環ポンプが所定時間駆動した後に、制御装置からパージ弁に制御信号が出力され、この制御信号によりパージ弁が開いて、このパージ弁から残溜水分が排出される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る燃料電池システムの詳細について説明する。参照する図面において、図１は本発明に係る燃料電池システムを示す構成図であり、図２は図１の水素用パージ弁や循環ポンプのシーケンスを示すシーケンス図である。
【０００９】
図１に示すように、燃料電池システムＳは、走行モータＭに電流を供給する燃料電池ＦＣと、この燃料電池ＦＣに空気を供給する空気供給系１と、燃料電池ＦＣに水素を供給する水素供給系２と、各種機器の制御を行うＥＣＵ（制御装置）３とで主に構成されている。空気供給系１は、空気を圧縮して供給するスーパーチャージャＳ／Ｃと、このスーパーチャージャＳ／Ｃからの空気を燃料電池ＦＣに導くとともに燃料電池ＦＣから排出される空気を外部に導く空気用流路１１と、この空気用流路１１内の空気を排出するために適宜開閉される空気用パージ弁１２とを主に備えている。
【００１０】
水素供給系２は、水素タンクＴ、水素供給用流路２１、遮断弁２２、エゼクタ２３、循環流路２４、循環ポンプＰおよび水素用パージ弁２５を主に備えている。水素タンクＴ内には、燃料ガスとしての水素が充填されており、この水素は、遮断弁２２と水素タンクＴ内に備えられた図示しない電磁弁とが開放されることで燃料電池ＦＣへ排出されるようになっている。エゼクタ２３は、水素タンクＴからの水素と燃料電池ＦＣから戻ってくる水素を混合させ、これを燃料電池ＦＣに再供給して水素を循環させている。
【００１１】
循環流路２４は、燃料電池ＦＣから排出される水素をエゼクタ２３を介して再度燃料電池ＦＣに戻す流路であり、その適所に循環ポンプＰと水素用パージ弁２５が取り付けられている。循環ポンプＰは、循環流路２４内で水素を所定の方向（図では反時計回り）に循環させている。水素用パージ弁２５は、燃料電池ＦＣや循環流路２４内の水素や残溜水分を適宜外部へ排出している。なお、燃料電池ＦＣとエゼクタ２３とを結ぶ流路は、水素タンクＴからの水素を燃料電池ＦＣに導く水素供給用流路２１として機能する他、燃料電池ＦＣから排出される水素を再度燃料電池ＦＣに戻す循環流路２４としても機能している。また、水素用パージ弁２５は、この燃料電池システムＳにおける水の排出性を考慮した下方の位置、すなわち燃料電池ＦＣや循環流路２４内の残溜水分が溜まりやすい位置に配設されている。
【００１２】
ＥＣＵ３は、燃料電池システムＳの各機器、主にスーパーチャージャＳ／Ｃ、空気用パージ弁１２、遮断弁２２、循環ポンプＰおよび水素用パージ弁２５の制御を行っている。特に、このＥＣＵ３は、燃料電池ＦＣの発電停止時において、循環ポンプＰを所定時間運転させ、その後水素用パージ弁２５を開くように、これらの循環ポンプＰおよび水素用パージ弁２５を制御している。
【００１３】
次に、この燃料電池システムＳによる残溜水分の排水方法について図１および図２を参照して説明する。
図１に示すように、燃料電池ＦＣの定常運転時においては、空気供給系１や水素供給系２から適量の空気や水素が燃料電池ＦＣに供給され、走行モータＭが駆動される。このとき、循環ポンプＰが、図２に示すように、所定の回転速度で回転して循環流路２４内の水素を循環させるとともに、水素用パージ弁２５が、循環流路２４内の状態に応じて適宜水素を外部に排出する。
【００１４】
そして、図２に示すように、燃料電池ＦＣの発電が停止すると（ＩＧ ＯＦＦ）、まずＥＣＵ３から遮断弁２２に制御信号が出力され、この制御信号に基づいて遮断弁２２が閉じられる（図１参照）。次に、ＥＣＵ３から循環ポンプＰに制御信号が出力され、この制御信号により循環ポンプＰが所定時間駆動される（図２参照）。これにより、燃料電池ＦＣや循環流路２４内に残存した水素が循環流路２４内を何度も循環し、その流れによって残溜水分が水素用パージ弁２５近傍に掻き出される。なお、燃料電池ＦＣは発電を停止しているため、この燃料電池ＦＣから新たな生成水が生じることはない。そして、循環ポンプＰが所定時間駆動して停止した後に、ＥＣＵ３から水素用パージ弁２５に制御信号が出力され、この制御信号により水素用パージ弁２５が数秒の間だけ開いて、残溜水分が排出される。
【００１５】
以上によれば、本実施形態において、次のような効果を得ることができる。
循環流路２４内に残存した水素を利用して残溜水分を水素用パージ弁２５近傍に掻き出した後に排水するので、発電停止前の状態が低負荷運転である場合であっても、燃料を無駄にすることなく確実に残溜水分を排出することができる。
また、残溜水分を水素用パージ弁２５近傍に集めた後排水するので、この水素用パージ弁２５の開放時間を短縮することができ、より燃料を節約することができる。
【００１６】
以上、本発明は、前記実施形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
循環ポンプＰの発電停止後における駆動時間や水素用パージ弁２５の残溜水分排出時における開放時間は、任意に設定可能である。
また、循環流路２４においてエゼクタ２３をバイパスするバイパス流路を設け、このバイパス流路に循環ポンプＰを設けるようにしてもよい。
【００１７】
さらに、走行モータＭ等に、発電停止前の運転状態を検知するセンサを設けてもよい。この場合、発電停止前の運転状態が低負荷運転（燃料電池ＦＣ内の水素の残存圧力が所定値未満）であるときのみにＥＣＵ３により本実施形態のような循環ポンプＰを余分に回す制御を行い、それ以外（水素の残存圧力が所定値以上）のときは従来のように発電停止直後に水素用パージ弁２５を開ける制御を行えばよい。これによれば、燃料電池ＦＣ内の水素の残存圧力では残溜水分の排水が困難な場合のみに循環ポンプＰを利用して排水し、それ以外の場合は循環ポンプＰを駆動しないため、その分循環ポンプＰを駆動するための電力を節約することができる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、循環流路内に残存した水素を利用して残溜水分をパージ弁近傍に掻き出した後に排水するので、発電停止前の状態が低負荷運転である場合であっても、燃料を無駄にすることなく確実に残溜水分を排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池システムを示す構成図である。
【図２】図１の水素用パージ弁や循環ポンプのシーケンスを示すシーケンス図である。
【符号の説明】
Ｓ 燃料電池システム
Ｍ 走行モータ
ＦＣ 燃料電池
Ｔ 水素タンク
１ 空気供給系
１１ 空気用流路
１２ 空気用パージ弁
２ 水素供給系
２１ 水素供給用流路
２２ 遮断弁
２３ エゼクタ
２４ 循環流路
２５ 水素用パージ弁
Ｐ 循環ポンプ
３ ＥＣＵ（制御装置）
Ｓ／Ｃ スーパーチャージャ
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温環境下における燃料電池の起動を円滑に行うために、発電停止時においてその内部に残溜した水分を効果的に排出させる燃料電池システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃料電池システムでは、その発電停止時に燃料電池の水素極側流路に設けた排水口を開けることで、発電中に燃料電池内部に残溜した凝縮水を水素の残存圧力などを利用して排水する手法が取られていた。ちなみに、これ以外の手法としては、燃料電池内の残溜水分量に基づいて燃料電池の出力電流を制御することで、蒸発速度を向上させて効率よく残溜水分を除去するものがある（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２４６０５３号公報（第２頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記した水素の残存圧力を利用して残溜水分を排水する手法では、発電停止直後に排水口を開けていたので、発電停止前の状態が低負荷運転である場合に水素の残存圧力だけでは、十分な排水をすることが困難であった。また、これを解決するために、発電停止時に新たに水素を供給して排水動作を長時間続けることも可能であるが、この場合は大量の水素を外部に放出することになり、燃料の無駄になるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、発電停止前の状態が低負荷運転である場合であっても、燃料を無駄にすることなく残溜水分を排出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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した本発明は、燃料電池から排出される水素を再度燃料電池に戻す循環流路と、この循環流路内で水素を循環させる循環ポンプと、前記循環流路内の水素を外部へ排出させるパージ弁とを備えた燃料電池システムであって、前記燃料電池の発電停止時において、前記循環ポンプを所定時間運転させ、その後前記パージ弁を開くように、これらの循環ポンプおよびパージ弁を制御する制御装置を備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、燃料電池の発電が停止すると、制御装置から循環ポンプに制御信号が出力され、この制御信号により循環ポンプが所定時間駆動される。これにより、残存した水素が循環流路内を何度も循環し、その流れによって残溜水分がパージ弁近傍に掻き出される。そして、循環ポンプが所定時間駆動した後に、制御装置からパージ弁に制御信号が出力され、この制御信号によりパージ弁が開いて、このパージ弁から残溜水分が排出される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る燃料電池システムの詳細について説明する。参照する図面において、図１は本発明に係る燃料電池システムを示す構成図であり、図２は図１の水素用パージ弁や循環ポンプのシーケンスを示すシーケンス図である。
【０００９】
図１に示すように、燃料電池システムＳは、走行モータＭに電流を供給する燃料電池ＦＣと、この燃料電池ＦＣに空気を供給する空気供給系１と、燃料電池ＦＣに水素を供給する水素供給系２と、各種機器の制御を行うＥＣＵ（制御装置）３とで主に構成されている。空気供給系１は、空気を圧縮して供給するスーパーチャージャＳ／Ｃと、このスーパーチャージャＳ／Ｃからの空気を燃料電池ＦＣに導くとともに燃料電池ＦＣから排出される空気を外部に導く空気用流路１１と、この空気用流路１１内の空気を排出するために適宜開閉される空気用パージ弁１２とを主に備えている。
【００１０】
水素供給系２は、水素タンクＴ、水素供給用流路２１、遮断弁２２、エゼクタ２３、循環流路２４、循環ポンプＰおよび水素用パージ弁２５を主に備えている。水素タンクＴ内には、燃料ガスとしての水素が充填されており、この水素は、遮断弁２２と水素タンクＴ内に備えられた図示しない電磁弁とが開放されることで燃料電池ＦＣへ排出されるようになっている。エゼクタ２３は、水素タンクＴからの水素と燃料電池ＦＣから戻ってくる水素を混合させ、これを燃料電池ＦＣに再供給して水素を循環させている。
【００１１】
循環流路２４は、燃料電池ＦＣから排出される水素をエゼクタ２３を介して再度燃料電池ＦＣに戻す流路であり、その適所に循環ポンプＰと水素用パージ弁２５が取り付けられている。循環ポンプＰは、循環流路２４内で水素を所定の方向（図では反時計回り）に循環させている。水素用パージ弁２５は、燃料電池ＦＣや循環流路２４内の水素や残溜水分を適宜外部へ排出している。なお、燃料電池ＦＣとエゼクタ２３とを結ぶ流路は、水素タンクＴからの水素を燃料電池ＦＣに導く水素供給用流路２１として機能する他、燃料電池ＦＣから排出される水素を再度燃料電池ＦＣに戻す循環流路２４としても機能している。また、水素用パージ弁２５は、この燃料電池システムＳにおける水の排出性を考慮した下方の位置、すなわち燃料電池ＦＣや循環流路２４内の残溜水分が溜まりやすい位置に配設されている。
【００１２】
ＥＣＵ３は、燃料電池システムＳの各機器、主にスーパーチャージャＳ／Ｃ、空気用パージ弁１２、遮断弁２２、循環ポンプＰおよび水素用パージ弁２５の制御を行っている。特に、このＥＣＵ３は、燃料電池ＦＣの発電停止時において、循環ポンプＰを所定時間運転させ、その後水素用パージ弁２５を開くように、これらの循環ポンプＰおよび水素用パージ弁２５を制御している。
【００１３】
次に、この燃料電池システムＳによる残溜水分の排水方法について図１および図２を参照して説明する。
図１に示すように、燃料電池ＦＣの定常運転時においては、空気供給系１や水素供給系２から適量の空気や水素が燃料電池ＦＣに供給され、走行モータＭが駆動される。このとき、循環ポンプＰが、図２に示すように、所定の回転速度で回転して循環流路２４内の水素を循環させるとともに、水素用パージ弁２５が、循環流路２４内の状態に応じて適宜水素を外部に排出する。
【００１４】
そして、図２に示すように、燃料電池ＦＣの発電が停止すると（ＩＧ ＯＦＦ）、まずＥＣＵ３から遮断弁２２に制御信号が出力され、この制御信号に基づいて遮断弁２２が閉じられる（図１参照）。次に、ＥＣＵ３から循環ポンプＰに制御信号が出力され、この制御信号により循環ポンプＰが所定時間駆動される（図２参照）。これにより、燃料電池ＦＣや循環流路２４内に残存した水素が循環流路２４内を何度も循環し、その流れによって残溜水分が水素用パージ弁２５近傍に掻き出される。なお、燃料電池ＦＣは発電を停止しているため、この燃料電池ＦＣから新たな生成水が生じることはない。そして、循環ポンプＰが所定時間駆動して停止した後に、ＥＣＵ３から水素用パージ弁２５に制御信号が出力され、この制御信号により水素用パージ弁２５が数秒の間だけ開いて、残溜水分が排出される。
【００１５】
以上によれば、本実施形態において、次のような効果を得ることができる。
循環流路２４内に残存した水素を利用して残溜水分を水素用パージ弁２５近傍に掻き出した後に排水するので、発電停止前の状態が低負荷運転である場合であっても、燃料を無駄にすることなく確実に残溜水分を排出することができる。
また、残溜水分を水素用パージ弁２５近傍に集めた後排水するので、この水素用パージ弁２５の開放時間を短縮することができ、より燃料を節約することができる。
【００１６】
以上、本発明は、前記実施形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
循環ポンプＰの発電停止後における駆動時間や水素用パージ弁２５の残溜水分排出時における開放時間は、任意に設定可能である。
また、循環流路２４においてエゼクタ２３をバイパスするバイパス流路を設け、このバイパス流路に循環ポンプＰを設けるようにしてもよい。
【００１７】
さらに、走行モータＭ等に、発電停止前の運転状態を検知するセンサを設けてもよい。この場合、発電停止前の運転状態が低負荷運転（燃料電池ＦＣ内の水素の残存圧力が所定値未満）であるときのみにＥＣＵ３により本実施形態のような循環ポンプＰを余分に回す制御を行い、それ以外（水素の残存圧力が所定値以上）のときは従来のように発電停止直後に水素用パージ弁２５を開ける制御を行えばよい。これによれば、燃料電池ＦＣ内の水素の残存圧力では残溜水分の排水が困難な場合のみに循環ポンプＰを利用して排水し、それ以外の場合は循環ポンプＰを駆動しないため、その分循環ポンプＰを駆動するための電力を節約することができる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、循環流路内に残存した水素を利用して残溜水分をパージ弁近傍に掻き出した後に排水するので、発電停止前の状態が低負荷運転である場合であっても、燃料を無駄にすることなく確実に残溜水分を排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池システムを示す構成図である。
【図２】図１の水素用パージ弁や循環ポンプのシーケンスを示すシーケンス図である。
【符号の説明】
Ｓ 燃料電池システム
Ｍ 走行モータ
ＦＣ 燃料電池
Ｔ 水素タンク
１ 空気供給系
１１ 空気用流路
１２ 空気用パージ弁
２ 水素供給系
２１ 水素供給用流路
２２ 遮断弁
２３ エゼクタ
２４ 循環流路
２５ 水素用パージ弁
Ｐ 循環ポンプ
３ ＥＣＵ（制御装置）
Ｓ／Ｃ スーパーチャージャ
Claims (1)
- 燃料電池から排出される水素を再度燃料電池に戻す循環流路と、
この循環流路内で水素を循環させる循環ポンプと、
前記循環流路内の水素を外部へ排出させるパージ弁とを備えた燃料電池システムであって、
前記燃料電池の発電停止時において、前記循環ポンプを所定時間運転させ、その後前記パージ弁を開くように、これらの循環ポンプおよびパージ弁を制御する制御装置を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002338695A JP4348067B2 (ja) | 2002-11-22 | 2002-11-22 | 燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002338695A JP4348067B2 (ja) | 2002-11-22 | 2002-11-22 | 燃料電池システム |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004172030A true JP2004172030A (ja) | 2004-06-17 |
| JP2004172030A5 JP2004172030A5 (ja) | 2005-11-04 |
| JP4348067B2 JP4348067B2 (ja) | 2009-10-21 |
Family
ID=32701835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002338695A Expired - Fee Related JP4348067B2 (ja) | 2002-11-22 | 2002-11-22 | 燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4348067B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006049234A (ja) * | 2004-08-09 | 2006-02-16 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システムの液体排出 |
| JP2006331674A (ja) * | 2005-05-23 | 2006-12-07 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| JP2008077959A (ja) * | 2006-09-21 | 2008-04-03 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| JP2008198402A (ja) * | 2007-02-09 | 2008-08-28 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| JP2009170225A (ja) * | 2008-01-15 | 2009-07-30 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| CN112993330A (zh) * | 2019-12-18 | 2021-06-18 | 北京亿华通科技股份有限公司 | 一种燃料电池系统的冷吹扫方法 |
-
2002
- 2002-11-22 JP JP2002338695A patent/JP4348067B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006049234A (ja) * | 2004-08-09 | 2006-02-16 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システムの液体排出 |
| JP2006331674A (ja) * | 2005-05-23 | 2006-12-07 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| JP2008077959A (ja) * | 2006-09-21 | 2008-04-03 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| JP2008198402A (ja) * | 2007-02-09 | 2008-08-28 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| JP2009170225A (ja) * | 2008-01-15 | 2009-07-30 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| CN112993330A (zh) * | 2019-12-18 | 2021-06-18 | 北京亿华通科技股份有限公司 | 一种燃料电池系统的冷吹扫方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4348067B2 (ja) | 2009-10-21 |
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