JP2005158282A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、燃料電池システムに係り、特に燃料電池本体に水素流路及び空気流路からそれぞれ水素と空気とを供給して発電する燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system that generates power by supplying hydrogen and air to a fuel cell main body from a hydrogen channel and an air channel, respectively.
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システムがエネルギー源として注目されている。このような燃料電池システムでは、外気の温度が例えば氷点下にまで低下すると、燃料電池本体から排出されるガスの流路上に設けられた排出弁や逆止弁等の制御弁においてガス中の水分が凝縮して凍結あるいは残留している水分が凍結し、これらの制御弁の開閉制御ができなくなってしまうことがある。その場合、制御弁の凍結が解消されるまでシステムを始動することができず、システム始動までに相当の時間を要することとなる。 In recent years, a fuel cell system that generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen has attracted attention as an energy source. In such a fuel cell system, when the temperature of the outside air falls below, for example, below freezing point, moisture in the gas is discharged from a control valve such as a discharge valve or a check valve provided on the flow path of the gas discharged from the fuel cell body. Condensation and freezing or residual moisture may freeze, and it may become impossible to control the opening and closing of these control valves. In that case, the system cannot be started until the freezing of the control valve is eliminated, and a considerable time is required until the system is started.
これに対し、例えば特許文献1に開示された燃料電池システムでは、排出弁や逆止弁等の制御弁を暖気ボックス内に配置すると共に、エアコンプレッサの下流と暖気ボックスとを接続する分流流路及びこの分流流路を流通・遮断する分流弁等を設け、制御弁の凍結時には分流弁を開いて分流流路を開通することによりエアコンプレッサで断熱圧縮された高温の空気を暖気ボックス内に供給し、これにより制御弁を加熱して解凍している。 On the other hand, for example, in the fuel cell system disclosed in Patent Document 1, control valves such as a discharge valve and a check valve are arranged in the warm air box, and the shunt flow path connects the downstream of the air compressor and the warm air box. In addition, a shunt valve that circulates and shuts off this shunt flow path is provided, and when the control valve is frozen, the shunt valve is opened and the shunt flow path is opened to supply hot air that is adiabatically compressed by the air compressor into the warm air box Thus, the control valve is heated and defrosted.
しかしながら、特許文献1の燃料電池システムでは、制御弁を収容する暖気ボックスだけでなく、エアコンプレッサの下流と暖気ボックスとを接続する分流流路及びこの分流流路を流通・遮断する分流弁等を設ける必要があるため、燃料電池システム全体が複雑な構成となってしまう。
また、各制御弁にヒータ等の加熱装置を取り付けて加熱してもよいが、各制御弁に専用の加熱装置を設ける必要があるため、この場合も燃料電池システム全体が複雑な構成になってしまう。
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、単純な構成で制御弁を効率よく加熱して早期に始動することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
However, in the fuel cell system of Patent Document 1, not only the warm air box that houses the control valve, but also a shunt flow path that connects the downstream of the air compressor and the warm air box, a shunt valve that circulates and shuts off this shunt flow path, and the like. Since it is necessary to provide, the whole fuel cell system will be a complicated structure.
Further, each control valve may be heated by attaching a heating device such as a heater. However, since it is necessary to provide a dedicated heating device for each control valve, the fuel cell system as a whole also has a complicated configuration. End up.
The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of efficiently starting a control valve with a simple configuration and starting it at an early stage.
この発明に係る燃料電池システムは、燃料電池本体に水素流路及び空気流路からそれぞれ制御弁を介して水素と空気とを供給して発電する燃料電池システムにおいて、水素流路と空気流路のうち少なくとも一方のガス流路は、燃料電池本体と制御弁とを迂回してガスを流すためのバイパス路と、燃料電池本体を通る本体側流路とバイパス路のどちらか一方を選択する選択手段と、バイパス路にガスを流すためのガス流通手段と、運転時には選択手段により本体側流路を選択し、制御弁の凍結時には選択手段によりバイパス路を選択すると共にガス流通手段を作動させることによりバイパス路にガスを流して制御弁を加熱する制御部とを備えるものである。
少なくとも一方のガス流路において、制御弁の凍結時に制御部によりガス流通手段が作動されると、燃料電池本体及び制御弁を迂回してバイパス路にガスが流されることにより、制御弁が効率よく加熱されて解凍される。従って、各制御弁にヒータ等の専用の加熱装置を取り付ける必要もなく、単純なシステム構成で制御弁を含むシステム全体を効率よく暖気することができる。
A fuel cell system according to the present invention is a fuel cell system that generates power by supplying hydrogen and air to a fuel cell main body through a control valve from a hydrogen channel and an air channel, respectively. At least one of the gas flow paths is a selection means for selecting one of a bypass path for flowing gas bypassing the fuel cell main body and the control valve, and a main body side flow path and bypass path passing through the fuel cell main body. And a gas flow means for flowing gas through the bypass path, and the main body side flow path is selected by the selection means during operation, and the bypass path is selected by the selection means and the gas flow means is operated when the control valve is frozen. And a controller that heats the control valve by flowing gas through the bypass.
In at least one of the gas flow paths, when the gas flow means is operated by the control unit when the control valve is frozen, the control valve is efficiently operated by bypassing the fuel cell main body and the control valve and flowing the gas to the bypass path. Heated and thawed. Therefore, it is not necessary to attach a dedicated heating device such as a heater to each control valve, and the entire system including the control valve can be efficiently warmed up with a simple system configuration.
バイパス路と選択手段とガス流通手段は、水素流路と空気流路の双方にそれぞれ設けられていることが好ましい。これにより水素流路に設けられた制御弁及び空気流路に設けられた制御弁のどちらも加熱することができる。
少なくとも一方のガス流路は、燃料電池本体から排出される排出ガスを燃料電池本体の上流に循環させるための循環用配管をさらに備え、制御弁の凍結時にこの循環用配管とバイパス路と選択手段とガス流通手段とが閉回路を形成することがより好ましい。閉回路にガスを循環させることにより、制御弁を含むシステム全体をより効率よく暖気することができる。
The bypass passage, the selection means, and the gas flow means are preferably provided in both the hydrogen flow path and the air flow path, respectively. Thereby, both the control valve provided in the hydrogen flow path and the control valve provided in the air flow path can be heated.
At least one of the gas flow paths further includes a circulation pipe for circulating the exhaust gas discharged from the fuel cell main body upstream of the fuel cell main body, and when the control valve is frozen, the circulation pipe, the bypass path, and the selection means More preferably, the gas flow means forms a closed circuit. By circulating the gas in the closed circuit, the entire system including the control valve can be warmed up more efficiently.
選択手段として、バイパス路の途中にシャットオフ弁を配置することができ、また、本体側流路とバイパス路との分岐点に三方弁を配置することもできる。
制御部は、バッテリの充電容量に応じてガス流通手段の作動時間またはガス流通手段により流通されるガスの流量を制御することが好ましい。
また、ガス流通手段は、運転時に本体側流路にガスを流すためのポンプであることが好ましい。このように運転時に本体側流路にガスを流すためのポンプを用いて、制御弁の凍結時にバイパス管にガスを流すようにすれば、バイパス管にガスを流すための専用のポンプを設ける必要がなくなり、システムの構成がより単純になる。
As a selection means, a shut-off valve can be disposed in the middle of the bypass path, and a three-way valve can be disposed at a branch point between the main body side flow path and the bypass path.
The control unit preferably controls the operating time of the gas circulation means or the flow rate of the gas circulated by the gas circulation means according to the charge capacity of the battery.
Moreover, it is preferable that a gas distribution | circulation means is a pump for flowing gas into a main body side flow path at the time of a driving | operation. In this way, if a pump is used to flow the gas through the flow path on the main body side during operation and the gas is allowed to flow through the bypass pipe when the control valve is frozen, it is necessary to provide a dedicated pump for flowing the gas through the bypass pipe. And the system configuration becomes simpler.
この発明によれば、水素流路と空気流路のうち少なくとも一方のガス流路は、燃料電池本体と制御弁とを迂回してガスを流すためのバイパス路と、燃料電池本体を通る本体側流路とバイパス路のどちらか一方を選択する選択手段と、バイパス路にガスを流すためのガス流通手段と、運転時には選択手段により本体側流路を選択し、制御弁の凍結時には選択手段によりバイパス路を選択すると共にガス流通手段を作動させることによりバイパス路にガスを流して制御弁を加熱する制御部とを備えたので、単純な構成で制御弁を効率よく加熱して早期に始動することができる。 According to the present invention, at least one of the hydrogen flow path and the air flow path includes a bypass path for flowing gas bypassing the fuel cell main body and the control valve, and a main body side passing through the fuel cell main body. Selection means for selecting one of the flow path and the bypass path, a gas flow means for flowing gas through the bypass path, a flow path for the main body is selected by the selection means during operation, and a selection means when the control valve is frozen Since the control unit that heats the control valve by flowing the gas through the bypass path by selecting the bypass path and operating the gas flow means is provided, the control valve is efficiently heated with a simple configuration and started early. be able to.
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1に、この発明の実施の形態1に係る燃料電池システムの概略図を示す。このシステムは、水素と空気中の酸素の電気化学反応により発電する燃料電池本体(FCスタック)1を有しており、この本体1で発生した電力を車両等の駆動源として使用することができる。また、この燃料電池システムは、燃料電池本体1の水素極に水素を供給するための水素流路2と、燃料電池本体1の酸素極に空気(酸素)を供給するための空気流路3とを有している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 shows a schematic diagram of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. This system has a fuel cell main body (FC stack) 1 that generates electric power by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen in the air, and the electric power generated by the main body 1 can be used as a drive source for a vehicle or the like. . The fuel cell system also includes a hydrogen flow path 2 for supplying hydrogen to the hydrogen electrode of the fuel cell main body 1, and an air flow path 3 for supplying air (oxygen) to the oxygen electrode of the fuel cell main body 1. have.
水素流路2は、燃料電池本体1内を通って水素極に水素を供給するための本体側流路2aと、この本体側流路2aの供給側に接続された供給流路2bと、本体側流路2aの排出側に接続された排出流路2cとを有している。供給流路2bには、高圧水素タンク4が接続されると共にこのタンク4の下流に第1圧力調整弁5及び第2圧力調整弁6が配置されている。一方、排出流路2cには、燃料電池本体1内の圧力を調整するための背圧調整弁7が配置されており、その下流にルーツ型コンプレッサ等からなる水素ポンプ8が配置され、さらにこのポンプ8の下流にシャットオフ弁9が配置されている。なお、シャットオフ弁9の下流は大気開放されている。
ここで、供給流路2bと排出流路2cとの間には、燃料電池本体1、第2圧力調整弁6及び背圧調整弁7を迂回するバイパス路10が形成されており、このバイパス路10の途中にシャットオフ弁11が配置されている。また、水素ポンプ8の下流には、燃料電池本体1の本体側流路2aから排出流路2cへ排出される水素オフガスを水素ポンプ8により供給流路2bへ循環させるための循環流路12が形成されており、この循環流路12の途中には供給流路2bから排出流路2cへのガスの逆流を防止する逆止弁13が配置されている。
The hydrogen flow path 2 includes a main body
Here, a
同様にして、空気流路3も、燃料電池本体1内を通って酸素極に空気(酸素)を供給するための本体側流路3aと、この本体側流路3aの供給側に接続された供給流路3bと、本体側流路3aの排出側に接続された排出流路3cとを有しており、供給流路3bの上流と排出流路3cの下流は大気開放されている。これら供給流路3b及び排出流路3cの途中には加湿モジュール14が配置されている。また、供給流路3bには、加湿モジュール14の上流にルーツ型コンプレッサ等からなるエアポンプ15が配置されている。一方、排出流路3cには、加湿モジュール14の上流に燃料電池本体1内の圧力を調整するための背圧調整弁16が配置されている。
ここで、供給流路3bと排出流路3cとの間には、燃料電池本体1、背圧調整弁16及び加湿モジュール14を迂回するバイパス路17が形成されており、このバイパス路17と供給流路3bとの分岐点に三方弁18が配置されている。
Similarly, the air flow path 3 is also connected to the main body
Here, between the
また、この燃料電池システムは図示しない制御部を有しており、この制御部に水素流路2における水素ポンプ8、第1圧力調整弁5、第2圧力調整弁6、背圧調整弁7、シャットオフ弁9及びバイパス路10のシャットオフ弁11と、空気流路3におけるエアポンプ15、背圧調整弁16及び三方弁18とがそれぞれ電気的に接続されている。
なお、通常運転時には、制御部は、水素流路2における第1圧力調整弁5及び第2圧力調整弁6を開くと共に背圧調整弁7の開度を調整し、シャットオフ弁9及びバイパス路10のシャットオフ弁11を閉じる。また、空気流路3における背圧調整弁16の開度を調整すると共に三方弁18により本体側流路3aを選択してバイパス路17を遮断した状態にする。
The fuel cell system has a control unit (not shown). The control unit includes a hydrogen pump 8 in the hydrogen flow path 2, a first pressure adjustment valve 5, a second
During normal operation, the control unit opens the first pressure adjustment valve 5 and the second
通常運転時には、水素流路2において高圧水素タンク4から供給流路2bに供給された水素が第1圧力調整弁5及び第2圧力調整弁6を経て所定の圧力に調整されて本体側流路2aへ供給されると同時に、空気流路3においてエアポンプ15により空気が供給流路3bを通って本体側流路3aに供給され、このように燃料電池本体1内へ供給された水素と空気中の酸素とが電気化学反応することにより電力が発生される。このとき、水素流路2において、燃料電池本体1から排出流路2cに排出された水素オフガスの一部は水素ポンプ8により循環流路12を通って供給流路2bに循環される。これにより水素オフガス中に含まれる未使用の水素が循環されて燃料電池本体1内で再使用される。
During normal operation, the hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank 4 to the
次に、燃料電池システムの運転停止時には、制御部は、水素流路2における第1圧力調整弁5及び第2圧力調整弁6を閉じると共に背圧調整弁7及びシャットオフ弁9を開いて燃料電池本体1内を大気開放する。また、空気流路3における背圧調整弁16を閉じる。
また、制御部は水素流路2におけるバイパス路10のシャットオフ弁11を開いてバイパス路10を流通させると共に、空気流路3の三方弁18によりバイパス路17を選択して、本体側流路3aへのガスの流れを遮断した状態にする。その後、制御部は水素流路2のシャットオフ弁9を閉じる。
Next, when the operation of the fuel cell system is stopped, the control unit closes the first pressure adjustment valve 5 and the second
In addition, the control unit opens the
ここで、外気温度が例えば氷点下にまで低下するなどして、この燃料電池システムの運転停止中に水素オフガスや空気に含まれていた水分が凝縮して氷結する、あるいは残留している水分が凝縮することにより、運転始動時に、水素流路2の背圧調整弁7や空気流路3の背圧調整弁16等の制御弁が凍結して作動することができないことがある。制御部はこの制御弁の凍結を検知すると、燃料電池システムの始動に先立って水素ポンプ8を作動させると共にエアポンプ15を作動させる。
このとき、水素流路2では、バイパス路10のシャットオフ弁11が開かれていると共にシャットオフ弁9が閉じられているため、水素ポンプ8によりバイパス路10に空気が流され、これによりバイパス路10の近傍に位置する第2圧力調整弁6や背圧調整弁7が加熱される。またこのとき、バイパス路10のシャットオフ弁11は、水素ポンプ8の背圧を調整する背圧調整弁としても機能しており、シャットオフ弁11の上流側で空気が断熱圧縮されて高圧の加熱ガスができる。
また、空気流路3では、三方弁18がバイパス路17を選択しているため、エアポンプ15によりバイパス路17に空気が流され、これによりバイパス路17の近傍に位置する加湿モジュール14や背圧調整弁16が加熱される。またこのとき、三方弁18はエアポンプ15の背圧を調整する背圧調整弁としても機能しており、三方弁18の上流側で空気が断熱圧縮されて高圧の加熱ガスができる。
Here, the moisture contained in the hydrogen off-gas or air condenses or freezes when the fuel cell system is shut down, for example, when the outside air temperature drops below the freezing point, or the remaining moisture condenses. Thus, at the start of operation, control valves such as the back
At this time, in the hydrogen flow path 2, since the shut-off
Further, in the air flow path 3, since the three-
このように水素流路2及び空気流路3のバイパス路10及び17に空気が流されて制御弁が効率よく加熱されて解凍される。従って、各制御弁にヒータ等の専用の加熱装置を取り付ける必要もなく、単純なシステム構成で制御弁を効率よく加熱することができる。これにより、システム全体が効率よく暖気されて、システムを早期に始動することが可能になる。
In this way, air flows through the
また、制御弁の加熱時に、水素流路2では、第2圧力調整弁6が閉じられてバイパス路10のシャットオフ弁11の上流側と本体側流路2aとの間が遮断されているため、水素ポンプ8により圧縮された高圧の空気が本体側流路2aに作用して燃料電池本体1の内部を損傷する虞がない。また、本体側流路2aがバイパス路10のシャットオフ弁11の下流側と連通しているため、減圧された加熱空気が本体側流路2aに回り込むことが可能になっており、これにより燃料電池本体1内を暖気することが可能である。
同様にして、空気流路3でも、三方弁18によりバイパス路17が選択されて、供給流路3bの三方弁18の上流側と本体側流路3aとの間が遮断されているため、エアポンプ15により圧縮された高圧の空気が本体側流路3aに作用して燃料電池本体1の内部を損傷する虞がない。
Further, when the control valve is heated, in the hydrogen flow path 2, the second
Similarly, in the air flow path 3, the
また、水素流路2では、水素ポンプ8によりバイパス路10に空気を流す際に、バイパス路10、水素ポンプ8、循環流路12とから閉回路が形成されて、この閉回路内を空気が循環すると共にこの閉回路内を循環する空気は水素ポンプ8により断熱圧縮されて高温になる。従って、第1圧力調整弁5や逆止弁13、シャットオフ弁9等が凍結していても、循環する空気により加熱されて解凍される。このようにして制御弁を含むシステム全体をより効率よく暖気することができる。
また、システム停止時に、予め水素流路2におけるバイパス路10のシャットオフ弁11を開くと共に空気流路3における三方弁18によりバイパス路17を選択しておくことで、システム始動時にこれら水素流路2のシャットオフ弁11及び空気流路3の三方弁18が凍結していても、水素ポンプ8及びエアポンプ15を駆動することにより水素流路2及び空気流路3のバイパス路10及び17にそれぞれ空気を流して制御弁を加熱することができる。
In the hydrogen flow path 2, when air is passed through the
In addition, when the system is stopped, the
なお、上述の実施の形態1において、システム停止時に背圧調整弁7とシャットオフ弁9を開いて大気開放する代わりに、制御部はシステム停止に先立って水素流路2における第2圧力調整弁6及び背圧調整弁7を閉じると共に第1圧力調整弁5、シャットオフ弁9及びバイパス路10のシャットオフ弁11を開いて、高圧水素タンク4からこれら第1圧力調整弁5及びバイパス路10のシャットオフ弁11を介して水素ポンプ8に燃料電池本体1内を通していない乾燥した水素を流して掃気し、その後、第1圧力調整弁5及びシャットオフ弁9を閉じてシステムを停止することができる。このようにすれば、システム停止時に第1圧力調整弁5、第2圧力調整弁6、背圧調整弁7及びシャットオフ弁9が閉じられ、バイパス路10のシャットオフ弁11が開かれているため、バイパス路10、水素ポンプ8及び循環流路12から形成される閉回路内に乾燥した水素が残留した状態になる。従って、制御弁の凍結時に水素ポンプ8を作動すると、この閉回路内を乾燥した水素が循環されることとなる。このようにしても、バイパス路10に水素が流されることにより制御弁が加熱されて、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
In the first embodiment described above, instead of opening the back
また、上述のように、システム停止に先立って高圧水素タンク4から第1圧力調整弁5及びバイパス路10のシャットオフ弁11を介して水素ポンプ8に乾燥した水素を流して掃気した後に、バイパス路10のシャットオフ弁11を開いたままで第1圧力調整弁5とシャットオフ弁9を閉じてシステムを停止する場合、制御弁の凍結時に第1圧力調整弁5を開くと共に水素ポンプ8を作動させて高圧水素タンク4からバイパス路10に水素を流すことにより制御弁を加熱しても、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
In addition, as described above, after the system is shut down, the dry hydrogen is flowed from the high-pressure hydrogen tank 4 to the hydrogen pump 8 through the first pressure regulating valve 5 and the
なお、上述の実施の形態1において、水素流路2のバイパス路10に絞り部を設ける、またはバイパス路10の配管径を水素流路2の配管径よりも小さく形成する、またはこの両者を実施すれば、水素ポンプ8にさらに負荷がかかることにより、より高温のガスをバイパス路10に流すことができ、これにより暖気効率を向上させることができる。同様にして、空気流路3においても、バイパス路17に絞り部を設けたり、バイパス路17の配管径を空気流路3の配管径よりも小さく形成したり、この両者を実施することにより、暖気効率を向上させることができる。
また、水素流路2において、バイパス路10にシャットオフ弁11を設ける代わりに、空気流路3と同様に、バイパス路10と供給流路2bとの分岐点に三方弁を配置してもよく、このとき三方弁が本体側流路2aを選択する際の開度と第2圧力調整弁6の開度を等しく設定すれば、第2圧力調整弁6を設ける必要がなくなる。
In the first embodiment described above, a restriction is provided in the
Further, in the hydrogen flow path 2, a three-way valve may be arranged at the branch point between the
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2を図2を参照して説明する。この実施の形態2の燃料電池システムは、図1に示した実施の形態1の燃料電池システムにおいて、空気流路3に循環流路21を設けたものである。すなわち空気流路3において循環流路21は、一端がポンプ15の上流に接続されると共に他端が排出流路3cのバイパス路17との分岐点の下流に接続されている。なお、水素流路2の構成及び動作は実施の形態1と同様のため省略する。
Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The fuel cell system according to Embodiment 2 is the same as the fuel cell system according to Embodiment 1 shown in FIG. That is, in the air flow path 3, one end of the
空気流路3においてこのようにしても、制御弁の凍結時に制御部によりエアポンプ15が作動されると、燃料電池本体1、背圧調整弁16及び加湿モジュール14を迂回してバイパス路17に空気が流されて制御弁が加熱され、実施の形態1と同様の効果が得られる。
それに加えて、この実施の形態2の燃料電池システムは、循環流路21を有しているため、バイパス路17、エアポンプ15及び循環流路21から閉回路が形成され、この閉回路内を空気が循環すると共にこの閉回路内を循環する空気はエアポンプ15により断熱圧縮されて高温になる。従って、制御弁を含むシステム全体をより効率よく暖気することができる。
Even in this way in the air flow path 3, if the
In addition, since the fuel cell system of the second embodiment has the
なお、上述の実施の形態2において、空気流路3の循環流路21に絞り部を設ける、または循環流路21の配管径を空気流路3の配管径よりも小さく形成する、またはこの両者を実施すれば、エアポンプ15にさらに負荷がかかることにより、空気をより高温にして流すことができ、これにより暖気効率をより向上させることができる。このようにエアポンプ15に負荷をかける場合には、排出流路3cにおける循環流路21との分岐点の下流に、暖気時、すなわち制御弁の加熱時には閉じられるシャットオフ弁を設ける必要がある。
In the second embodiment described above, the throttle part is provided in the
なお、上述の実施の形態1及び2において、制御部は、外気温度を検出する外気温センサを備えて、この外気温センサで測定される外気温度が所定の温度以下になった際に制御弁の凍結を検知することができる。また、制御弁の開閉状態を検出する状態センサを備え、制御部は制御弁の開閉制御を行なった際に状態センサにより検出された制御弁の開閉状態が予期しない状態となったときに制御弁が凍結したと判断するようにしてもよく、この場合、制御弁毎に凍結しているか否かを検知することができる。ここで、上述の実施の形態1及び2では、制御弁の凍結時に制御部は水素ポンプ8及びエアポンプ15を共に作動させていたが、このように制御弁毎の凍結状態を検知できる場合には、水素流路2及び空気流路3のうち、凍結している制御弁をもったガス流路におけるポンプだけ作動させることもできる。このようにすれば、システム始動に先立って行われる暖気動作に費やされる電力が低減されて、省エネの燃料電池システムを実現することができる。
In the first and second embodiments described above, the control unit includes an outside air temperature sensor that detects the outside air temperature. When the outside air temperature measured by the outside air temperature sensor becomes a predetermined temperature or lower, the control valve Freezing can be detected. In addition, a state sensor that detects the open / close state of the control valve is provided, and the control unit controls the control valve when the open / close state of the control valve detected by the state sensor becomes an unexpected state when performing the open / close control of the control valve. In this case, it can be detected whether or not each control valve is frozen. Here, in the first and second embodiments described above, the control unit operates both the hydrogen pump 8 and the
なお、上述の実施の形態1及び2の燃料電池システムが、バッテリ駆動型のシステムである場合には、始動後の燃料電池システムの運転に要する充電容量を確保するため、制御部は、バッテリの充電容量に応じて水素ポンプ8及びエアポンプ15の作動時間すなわち解凍時間や、これらのポンプ8及び11により流通されるガスの流量を制御することが好ましい。
また、制御部に予め解凍時間を設定しておいて、その時間分だけ暖気動作を行ってもよいし、外気温センサを設けて、外気温センサで測定される外気温度に応じてその解凍時間を変更してもよい。また、上述のように制御弁の開閉状態を検出する状態センサを設けて、この状態センサにより検出された制御弁の開閉状態が所望の開閉状態になったときに、制御部は暖気動作を停止して、システムを始動するようにしてもよい。
In the case where the fuel cell systems of Embodiments 1 and 2 described above are battery-driven systems, in order to ensure the charging capacity required for operation of the fuel cell system after startup, the control unit It is preferable to control the operation time of the hydrogen pump 8 and the
In addition, a thawing time may be set in advance in the control unit, and the warming operation may be performed for that time, or an outside air temperature sensor is provided, and the thawing time is determined according to the outside air temperature measured by the outside air temperature sensor. May be changed. Further, as described above, the state sensor for detecting the open / close state of the control valve is provided, and when the open / close state of the control valve detected by the state sensor becomes a desired open / close state, the control unit stops the warming-up operation. Then, the system may be started.
1 燃料電池本体、2 水素流路、2a,3a 本体側流路、2b,3b 供給流路、2c,3c 排出流路、3 空気流路、4 高圧水素タンク、5 第1圧力調整弁、6 第2圧力調整弁、7,16 背圧調整弁、8 水素ポンプ、9,11 シャットオフ弁、10,17 バイパス路、12,21 循環流路、13 逆止弁、14 加湿モジュール、15 エアポンプ、18 三方弁。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell main body, 2 Hydrogen flow path, 2a, 3a Main body side flow path, 2b, 3b Supply flow path, 2c, 3c Discharge flow path, 3 Air flow path, 4 High-pressure hydrogen tank, 5 1st pressure regulation valve, 6 Second pressure regulating valve, 7, 16 Back pressure regulating valve, 8 Hydrogen pump, 9, 11 Shut-off valve, 10, 17 Bypass path, 12, 21 Circulating flow path, 13 Check valve, 14 Humidification module, 15 Air pump, 18 Three-way valve.
Claims (9)
水素流路と空気流路のうち少なくとも一方のガス流路は、
燃料電池本体と制御弁とを迂回してガスを流すためのバイパス路と、
燃料電池本体を通る本体側流路と前記バイパス路のどちらか一方を選択する選択手段と、
前記バイパス路にガスを流すためのガス流通手段と、
運転時には前記選択手段により本体側流路を選択し、制御弁の凍結時には前記選択手段により前記バイパス路を選択すると共に前記ガス流通手段を作動させることにより前記バイパス路にガスを流して制御弁を加熱する制御部と
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 In the fuel cell system for generating power by supplying hydrogen and air to the fuel cell main body from the hydrogen flow path and the air flow path through the control valves, respectively,
At least one of the hydrogen flow path and the air flow path is
A bypass for bypassing the fuel cell body and the control valve to flow gas,
A selection means for selecting either the main body side flow path passing through the fuel cell main body or the bypass path;
Gas flow means for flowing gas through the bypass path;
During operation, the selection means selects the main body side flow path, and when the control valve is frozen, the selection means selects the bypass path and operates the gas flow means to cause the control valve to flow through the bypass path. A fuel cell system comprising: a heating control unit.
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