JP2005158556A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体高分子型電解質を用いた燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system using a solid polymer electrolyte.
燃料電池は、水素ガスなどの燃料ガスと酸素を有する酸化剤ガスとを電解質を介して電気化学的に反応させ、電解質両面に設けた電極間から電気エネルギを直接取り出すものである。特に固体高分子電解質を用いた固体高分子型燃料電池は、動作温度が低く、取り扱いが容易なことから電動車両用の電源として注目されている。すなわち、燃料電池車両は、高圧水素タンク、液体水素タンク、水素吸蔵合金タンクなどの水素貯蔵装置を車両に搭載し、そこから供給される水素と、酸素を含む空気とを燃料電池に送り込んで反応させ、燃料電池から取り出した電気エネルギで駆動輪につながるモータを駆動するものであり、排出物質は水だけであるという究極のクリーン車両である。 In a fuel cell, a fuel gas such as hydrogen gas and an oxidant gas containing oxygen are electrochemically reacted through an electrolyte, and electric energy is directly taken out between electrodes provided on both surfaces of the electrolyte. In particular, solid polymer fuel cells using solid polymer electrolytes are attracting attention as power sources for electric vehicles because of their low operating temperature and easy handling. That is, a fuel cell vehicle is equipped with a hydrogen storage device such as a high-pressure hydrogen tank, a liquid hydrogen tank, or a hydrogen storage alloy tank in the vehicle, and reacts by supplying hydrogen supplied therefrom and air containing oxygen to the fuel cell. This is the ultimate clean vehicle that drives the motor connected to the drive wheels with the electric energy extracted from the fuel cell, and the only exhaust material is water.
高圧水素タンクを備えた燃料電池車両における水素供給方法としては、水素タンクの最高充填圧力(例えば、35〔MPa〕)と燃料電池への供給圧力との差が非常に大きいので、2段減圧方式が用いられることが多い。この方式によれば、水素タンクから燃料電池への配管途中に一次減圧弁を設け、水素タンクから供給される高圧水素を所定の中圧に減圧している。さらに一次減圧弁の下流には、中圧から燃料電池の運転圧力である所望の水素圧力(低圧)まで減圧する二次減圧弁(以下、水素供給弁とする)が設けられる。 As a hydrogen supply method in a fuel cell vehicle equipped with a high-pressure hydrogen tank, the difference between the maximum filling pressure (for example, 35 [MPa]) of the hydrogen tank and the supply pressure to the fuel cell is very large. Is often used. According to this method, the primary pressure reducing valve is provided in the middle of the piping from the hydrogen tank to the fuel cell, and the high-pressure hydrogen supplied from the hydrogen tank is reduced to a predetermined medium pressure. Further, a secondary pressure reducing valve (hereinafter referred to as a hydrogen supply valve) for reducing the pressure from a medium pressure to a desired hydrogen pressure (low pressure) that is an operating pressure of the fuel cell is provided downstream of the primary pressure reducing valve.
燃料電池が発電して消費した水素を補うために、例えば燃料電池のアノード(燃料極)の水素圧力を水素供給弁により一定値に制御すれば、水素が発電によって消費されて圧力が下がる分だけ、すなわち消費された分だけ水素タンクから水素が供給される(例えば、特許文献1)。
しかしながら、上記従来の水素供給システムにあっては、燃料電池の発電停止時において、水素供給停止よりも先に発電停止をすると、水素供給弁から燃料電池側の水素系内の水素が反応で消費されなくなり、水素圧力の減圧ができないので、水素圧力制御が成り立たなくなることがある。 However, in the conventional hydrogen supply system, when the power generation of the fuel cell is stopped, if the power generation is stopped before the hydrogen supply is stopped, the hydrogen in the hydrogen system on the fuel cell side is consumed by the reaction from the hydrogen supply valve. Since the hydrogen pressure cannot be reduced, hydrogen pressure control may not be realized.
一般に水素供給弁は、開閉機能のための水素タンクの元弁とは違って、通常運転時の流量及び圧力で感度よく制御できるよう設計される。このため水素供給弁は、微小流量や閉じきり付近の感度が低く、また完全に水素を遮断できるまでの応答速度が遅いという欠点がある。このような水素供給弁を使用したシステムにおいて、水素タンク元弁閉止よりも先に発電停止すると、水素供給弁での減圧が不十分となり、水素圧力が上昇して燃料電池のアノードに高い圧力が掛かり燃料電池が劣化する虞があるという問題点があった。 In general, the hydrogen supply valve is designed to be sensitively controlled by the flow rate and pressure during normal operation, unlike the original valve of the hydrogen tank for the opening / closing function. For this reason, the hydrogen supply valve has a drawback that the sensitivity near the minute flow rate and the closed end is low, and the response speed until hydrogen can be completely shut off is low. In such a system using a hydrogen supply valve, if power generation is stopped before the hydrogen tank main valve is closed, the pressure reduction at the hydrogen supply valve becomes insufficient, the hydrogen pressure rises, and a high pressure is applied to the anode of the fuel cell. There is a problem that the hanging fuel cell may be deteriorated.
一方、先に水素供給を停止してから発電を停止すると、燃料電池が水素欠乏を起こした状態で発電させることになり、燃料電池の劣化や故障を招く虞があるという問題点があった。 On the other hand, if the power generation is stopped after the hydrogen supply is stopped first, the fuel cell generates power in a state of hydrogen deficiency, which may cause deterioration or failure of the fuel cell.
本発明は、上記従来の問題点を解決するため、燃料電池へ供給する水素を貯蔵する水素タンクと、該水素タンクから燃料電池までの配管途中に水素圧力や水素流量を調整する水素供給弁とを有する燃料電池システムにおいて、前記燃料電池からアノードオフガスを排出するパージ弁と、前記燃料電池から負荷装置への通常電力供給の停止前に前記パージ弁を開けるように制御する停止時パージ弁制御手段と、を備えたことを要旨とする。 In order to solve the above-described conventional problems, the present invention provides a hydrogen tank that stores hydrogen to be supplied to a fuel cell, and a hydrogen supply valve that adjusts the hydrogen pressure and hydrogen flow in the middle of the piping from the hydrogen tank to the fuel cell. A purge valve that discharges the anode off-gas from the fuel cell, and a purge valve control unit at the time of stop that controls to open the purge valve before the normal power supply from the fuel cell to the load device is stopped And the gist of the above.
本発明によれば、燃料電池から負荷装置への通常電力供給停止前にパージ弁を開けるようにしたので、通常電力供給による水素消費がなくなった後もパージ弁からの水素排出によって水素流量を確保することができ、水素供給弁による水素圧力制御を成立させ、水素圧力が上昇することを防止できるという効果がある。 According to the present invention, since the purge valve is opened before the normal power supply from the fuel cell to the load device is stopped, the hydrogen flow rate is secured by discharging the hydrogen from the purge valve even after the hydrogen consumption by the normal power supply is stopped. Thus, there is an effect that the hydrogen pressure control by the hydrogen supply valve can be established and the increase of the hydrogen pressure can be prevented.
また本発明によれば、燃料電池から負荷装置への通常電力供給停止前に、予めパージ弁を開けておくことにより、通常電力供給停止と水素供給弁を閉じるタイミングのずれが生じても水素圧力の急上昇を防止することができるという効果がある。 According to the present invention, the purge valve is opened in advance before the normal power supply from the fuel cell to the load device is stopped, so that the hydrogen pressure can be reduced even if the normal power supply stop and the timing for closing the hydrogen supply valve are shifted. There is an effect that it is possible to prevent a sudden increase in the amount of water.
さらに本発明によれば、燃料電池から負荷装置への通常電力供給停止まで水素を燃料電池へ供給することができるので、燃料電池の水素欠乏を防止し、燃料電池劣化の原因をなくすことができるという効果がある。 Furthermore, according to the present invention, hydrogen can be supplied to the fuel cell until the normal power supply from the fuel cell to the load device is stopped, so that the fuel cell can be prevented from being deficient in hydrogen and the cause of deterioration of the fuel cell can be eliminated. There is an effect.
次に図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下に説明する各実施例は、燃料電池車両やオンサイト用コジェネレーションシステムに好適な燃料電池システムである。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Each embodiment described below is a fuel cell system suitable for a fuel cell vehicle or an on-site cogeneration system.
図1は、本発明に係る燃料電池システムの実施例1を示すシステム構成図である。燃料電池(本体)1は、アノード1aとカソード1bとが固体高分子の電解質膜1cを挟んで対向して設けられている。 FIG. 1 is a system configuration diagram showing Embodiment 1 of a fuel cell system according to the present invention. In a fuel cell (main body) 1, an anode 1a and a cathode 1b are provided to face each other with a solid polymer electrolyte membrane 1c interposed therebetween.
また、燃料電池1内部のアノード1a、カソード1bとそれぞれ多孔質のセパレータ1d、1eを介して、純水極1f、1gが設けられている。純水極1f、1gには、後述するように加湿用の純水が供給され、多孔質のセパレータ1d、1eを介してアノードの水素ガス、カソードの空気をそれぞれ加湿できるようになっている。
Further,
燃料電池システム全体を制御するコントローラ30は、カソード1bの空気圧力を制御する空気圧力制御部20,アノード1aの水素圧力を制御する水素圧力制御部21,後述する水素タンク元弁3を制御する水素供給元弁制御部22、及び本発明の特徴である、燃料電池から負荷装置への通常電力供給の停止前に後述するパージ弁7を開けるように制御する停止時パージ弁制御部23を備えている。
The controller 30 that controls the entire fuel cell system includes an air
ここで負荷装置への通常電力供給とは、負荷装置が燃料電池を電源として通常に動作する際の電力供給であり、例えば、本燃料電池システムを燃料電池車両に用いた場合、通常電力供給とは、燃料電池車両が走行状態及び直ちに走行可能な状態(アイドル運転状態)における電力供給のことである。 Here, the normal power supply to the load device is a power supply when the load device normally operates with the fuel cell as a power source. For example, when the fuel cell system is used in a fuel cell vehicle, Is the power supply when the fuel cell vehicle is in a running state and in a state where it can immediately run (idle operation state).
また特に限定されないが本実施例では、コントローラ30は、CPUとプログラムROMと作業用RAMとI/Oインタフェースとを備えたマイクロプロセッサで構成されている。 Although not particularly limited, in this embodiment, the controller 30 is constituted by a microprocessor including a CPU, a program ROM, a working RAM, and an I / O interface.
燃料電池1のアノード1aに水素ガスが、カソード1bに空気が供給され、以下に示す電極反応が進行され、電力が発電される。 Hydrogen gas is supplied to the anode 1a of the fuel cell 1 and air is supplied to the cathode 1b, and the electrode reaction shown below proceeds to generate electric power.
(化1)
アノード(水素極):H2 → 2H+ +2e- …(1)
カソード(酸素極):2H+ +2e- +(1/2)O2 → H2O …(2)
アノード1aへの水素供給は、水素タンク2から水素タンク元弁3、減圧弁301、水素供給弁4を通じてなされる。水素タンク2から供給される高圧水素は、減圧弁301で機械的に所定の圧力まで減圧され、水素供給弁4によりさらに所望の水素圧力まで減圧されて燃料電池のアノード1aへ供給される。エゼクタ5は、アノード1aで消費されなかった水素(アノードオフガス)を再循環させるために設置される。
(Chemical formula 1)
Anode (hydrogen electrode): H 2 → 2H + + 2e − (1)
Cathode (oxygen electrode): 2H + + 2e − + (1/2) O 2 → H 2 O (2)
Hydrogen is supplied to the anode 1 a from the
アノード1aの入口付近に設けられた圧力センサ6aは、アノード圧力を検出し水素圧力制御部21へ圧力信号を出力する。水素圧力制御部21は、圧力センサ6aが検出した圧力を参照して水素供給弁4を駆動することによってアノード1aの水素圧力を制御する。アノード1aの水素圧力を一定に制御することによって、燃料電池1が消費した分だけの水素が自動的に補われる。7はパージ弁であり、燃料電池の停止時に水素圧力制御を成立させるために、水素循環系内の水素を排出するのに使われる。
The
またパージ弁7は、燃料電池の通常運転時に、水素循環系内の水素分圧を回復するために水素循環系内に蓄積した窒素を排出したり、セル電圧を回復させるために、ガス流路に詰まった水滴を吹き飛ばすという用途(パージ)にも用いられる。燃焼器8は、パージ弁7により水素循環系から排出される水素を燃焼させる。
The purge valve 7 is a gas flow path for discharging nitrogen accumulated in the hydrogen circulation system to recover the hydrogen partial pressure in the hydrogen circulation system and for restoring the cell voltage during normal operation of the fuel cell. It is also used for the purpose of purging water droplets clogged up (purging). The
カソード1bへの空気は、コンプレッサ9により供給される。カソード1bの空気圧力は空気圧力制御部20が圧力センサ6bで検出した圧力をフィードバックして空気調圧弁10を駆動することによって制御される。
Air to the cathode 1b is supplied by the compressor 9. The air pressure of the cathode 1b is controlled by driving the air pressure regulating valve 10 by feeding back the pressure detected by the air
純水極1f、1gへの純水は純水タンク12、純水ポンプ11により供給される。空気圧力、水素圧力、純水圧力は、発電効率や水収支を考慮して設定されるとともに、電解質膜やセパレータに機械的な歪みを生じないように3者の圧力を所定の差圧以内に管理される。
Pure water to the
パワーマネージャ13は、燃料電池1から電力を取り出して、例えば図示しない車両を駆動するモータへ電力を供給する。水素供給元弁制御部22、停止時パージ弁制御部23は、それぞれ燃料電池システムの停止シーケンスに基づいて、水素タンク元弁3とパージ弁7を開閉制御する。
The
次に、図3に示す状態遷移図に基づいて、実施例1におけるコントローラ30が制御する燃料電池システムの停止シーケンスを詳細に説明する。 Next, based on the state transition diagram shown in FIG. 3, the stop sequence of the fuel cell system controlled by the controller 30 in the first embodiment will be described in detail.
燃料電池システムの通常運転状態(状態A)から、燃料電池システムの運転/停止を指示するキーSWがオフ(停止指示)されると、コントローラ30は、水素供給弁4,コンプレッサ9及び空気調圧弁10を制御して、カソード1bとアノード1aの圧力がそれぞれ通常運転状態より低いアイドル運転状態(状態B)へシステムを遷移させる。 When the key SW for instructing the operation / stop of the fuel cell system is turned off (stop instruction) from the normal operation state (state A) of the fuel cell system, the controller 30 causes the hydrogen supply valve 4, the compressor 9 and the air pressure adjustment valve. 10 is controlled to shift the system to an idle operation state (state B) in which the pressures of the cathode 1b and the anode 1a are lower than the normal operation state.
アイドル運転状態(状態B)において、カソード1bとアノード1aの圧力がアイドル時の設定圧力になると、状態Cへ遷移する。 In the idling operation state (state B), when the pressures of the cathode 1b and the anode 1a become the set pressure during idling, the state transitions to the state C.
状態Cでは、コンプレッサ9の回転速度の増速、空気調圧弁10の開度増大の少なくとも一方をコントローラ30から指示することにより、空気流量の増量がなされて燃焼器8の着火準備がなされる。空気流量の増量後、状態Dへ遷移する。状態Dではパージ弁7が開かれ、パージ弁7から排出されたアノードオフガス(水素)が燃焼器8で空気と混合されて燃やされる。
In the state C, the controller 30 instructs the controller 30 to increase the rotational speed of the compressor 9 or increase the opening of the air pressure regulating valve 10, whereby the air flow rate is increased and the
この状態Dでは、パージ弁7を開いているので、水素供給弁4からは、圧力制御に必要な水素流量が燃料電池1のアノードaへ流れている。このため、水素供給弁4の流量不足により、水素供給弁4による圧力制御が不能となって、その下流であるアノード1aの水素圧力が異常に上昇するなどの不具合を回避することができる。 In this state D, since the purge valve 7 is opened, the hydrogen flow rate necessary for pressure control flows from the hydrogen supply valve 4 to the anode a of the fuel cell 1. For this reason, it is possible to avoid problems such as the pressure control by the hydrogen supply valve 4 becoming impossible due to the insufficient flow rate of the hydrogen supply valve 4 and the hydrogen pressure of the anode 1a downstream thereof abnormally rising.
状態Eではパワーマネージャ13への電力取出指令を絶つことで燃料電池1の電力取出が停止される。状態Fでは水素タンク元弁3が閉じられて、水素供給が停止される。状態Gではコンプレッサ9が停止されて空気供給が停止され、状態Hで燃料電池パワープラントシステムの停止が完了する。
In the state E, the power extraction command to the
次に実施例2について説明する。図2は、本発明に係る燃料電池システムの実施例2を示すシステム構成図である。
Next, Example 2 will be described. FIG. 2 is a system configuration
実施例2と図1に示した実施例1との構成上の相違は、パージ弁7の下流に燃焼器8ではなく希釈ブロア15が設けられていること、純水ポンプ11と燃料電池1との間に純水回収弁14a,14b,14cが追加されていること、燃料電池1の電圧を検出する電圧センサ16,コントローラ30の内部に純水回収制御部24及びカソード酸素消費制御部25が追加されていることである。
A difference in configuration between the second embodiment and the first embodiment shown in FIG. 1 is that a
希釈ブロア15は、パージ弁7から排出される水素を可燃濃度未満の水素濃度になるように空気で希釈して車外へ排出する。
The
電圧センサ16は、燃料電池のセル毎、または一定数のセルからなるセル群毎の電圧、あるいは燃料電池1の総電圧を検出して、コントローラ30へ出力するものである。
The
燃料電池システム全体を制御するコントローラ30は、カソード1bの空気圧力を制御する空気圧力制御部20,アノード1aの水素圧力を制御する水素圧力制御部21,後述する水素タンク元弁3を制御する水素供給元弁制御部22、及び本発明の特徴である、燃料電池から負荷装置への通常電力供給の停止前に後述するパージ弁7を開けるように制御する停止時パージ弁制御部23、燃料電池死すテク停止時に純水を純水タンク12へ回収する制御をおこなう純水回収制御部24,停止時のカソード酸素消費を制御するカソード酸素消費制御部25を備えている。
The controller 30 that controls the entire fuel cell system includes an air
純水回収制御部24は、純水回収弁14a、14b、14cを駆動することによって、燃料電池1の純水極1f、1g及び純水系配管内の純水を空気圧力で純水タンク12へ回収する。純水が純水極1f、1gに残ったままの状態で燃料電池の運転を停止すると、発電の電気化学反応が停止し反応熱が発生しなくなるので、氷点下においては純水が凍結膨張して燃料電池1が劣化する虞がある。このため、純水を純水タンク12へ回収する。尚、純水タンク12は、内部で純水が凍結膨張しても破損しない構造としているとともに、燃料電池起動時に速やかに氷を融かすことができるようになっている。
The pure water
カソード酸素消費制御部25は、燃料電池システムの起動、停止時に電圧センサ16で検出された燃料電池電圧および経過時間に応じて、燃料電池1から電力を取り出して、カソード1bの酸素を消費させる制御を行うものである。
The cathode oxygen
尚、本実施例における通常発電時の動作は、パージ時に希釈ブロア15で希釈したアノードオフガスを排出する以外は、実施例1と同様であるので、重複する説明を省略する。
The operation during normal power generation in this embodiment is the same as that in Embodiment 1 except that the anode off-gas diluted with the
次に、図4に示す状態遷移図に基づいて、実施例2におけるコントローラ30が制御する燃料電池システムの停止シーケンスを詳細に説明する。 Next, based on the state transition diagram shown in FIG. 4, the stop sequence of the fuel cell system controlled by the controller 30 in the second embodiment will be described in detail.
燃料電池システムの通常運転状態(状態A)から、燃料電池システムの運転/停止を指示するキーSWがオフ(停止指示)されると、コントローラ30は、水素供給弁4,コンプレッサ9及び空気調圧弁10を制御して、カソード1bとアノード1aの圧力がそれぞれ通常運転状態より低いアイドル運転状態(状態B)へシステムを遷移させる。 When the key SW for instructing the operation / stop of the fuel cell system is turned off (stop instruction) from the normal operation state (state A) of the fuel cell system, the controller 30 causes the hydrogen supply valve 4, the compressor 9 and the air pressure adjustment valve. 10 is controlled to shift the system to an idle operation state (state B) in which the pressures of the cathode 1b and the anode 1a are lower than the normal operation state.
アイドル運転状態(状態B)において、カソード1bとアノード1aの圧力がアイドル時の設定圧力になると、状態Cへ遷移する。状態Cでは、アノードオフガス(水素)を希釈する希釈ブロア15が起動される。希釈ブロア15の回転が立ち上がった後に状態Dへ遷移する。状態Dではパージ弁7が開かれ、パージ弁7から排出されたアノードオフガス(水素)が希釈ブロア15で希釈されてから車外へ排出される。この状態Dでは、パージ弁7を開いているので、水素供給弁4からは、圧力制御に必要な水素流量が燃料電池1のアノードaへ流れている。このため、水素供給弁4の流量不足により、水素供給弁4による圧力制御が不能となって、その下流であるアノード1aの水素圧力が異常に上昇するなどの不具合を回避することができる。
In the idling operation state (state B), when the pressures of the cathode 1b and the anode 1a become the set pressure during idling, the state transitions to the state C. In the state C, the
状態Dでパージ弁7を開いた後に、状態Eへ遷移する。状態Eではパワーマネージャ13への電力取出指令を絶つことで燃料電池1から負荷装置への通常電力供給が停止される。
After opening the purge valve 7 in the state D, the state transitions to the state E. In state E, the normal power supply from the fuel cell 1 to the load device is stopped by cutting off the power extraction command to the
次いで状態Fへ遷移し、状態Fでは、純水ポンプ11を停止させる。純水ポンプ11停止後、状態Gへ遷移する。状態Gでは、カソード1bの空気圧力を純水回収に必要な圧力に設定する。このときアノード1aの水素圧力もカソード空気圧力と同様の圧力に設定して、電解質膜1cの両側で圧力差が所定以内となるように制御にする。状態Gでカソード圧力がほぼ純水回収圧力になったら状態Hへ遷移する。
Next, the state transits to the state F, and in the state F, the
状態Hでは、純水回収弁14aと14bを開くことによって、純水回収弁14aから燃料電池1側の純水を空気圧力で純水タンク12へ回収する。状態Hにおいて、純水回収に必要な時間が経過後に状態Iへ遷移する。この純水回収に必要な時間は、予め実験等により決定しておき、制御パラメータとしてコントローラ30に記憶させたものである。
In the state H, the pure
次いで、状態Iで純水回収弁14bを閉じて、純水回収弁14cを開けることによって純水回収弁14aから純水タンク11側の純水を回収する。この回収に必要な時間が経過後に、状態Jへ遷移する。状態Jでは、純水回収弁14aが閉じられて純水回収が終了する。状態Jにおいて、純水回収弁14aを閉じた後に状態Kへ遷移する。
Next, in the state I, the pure
次いで状態Kでは、コンプレッサ9が停止され、空気調圧弁10が全閉にされる。コンプレッサ9が停止し、空気調圧弁10が全閉となると状態Lへ遷移する。状態Lでは、コントローラ30からパワーマネージャ13へ電力取り出し指令を発し、再び燃料電池1から電力が取り出され、カソード1bの酸素が消費される。このときに取り出す電力の大きさは、通常発電状態の電力(または電流)と同等としても良いが、これよりも少ない電力(または電流)とする方が好ましく、カソード酸素消費の制御を正確に行うことができる。燃料電池システムの停止時にカソードの酸素を消費させることによって、電解質膜表面の触媒担体として使われる炭素の被毒を抑制することができる。
Next, in the state K, the compressor 9 is stopped and the air pressure regulating valve 10 is fully closed. When the compressor 9 is stopped and the air pressure regulating valve 10 is fully closed, the state L is changed. In state L, the controller 30 issues a power extraction command to the
状態Lでカソード1bの酸素が完全に消費されると、状態Mへ遷移する。このときの遷移条件としては、状態Lでカソード酸素消費に必要な時間が経過するか、或いは電圧センサ16が検出した燃料電池1の電圧が所定値以下に下がったときに、カソード1bの酸素が完全に消費されたと判断して状態Mへ遷移する。
When the oxygen of the cathode 1b is completely consumed in the state L, the state transitions to the state M. As a transition condition at this time, when the time required for the cathode oxygen consumption in the state L elapses or the voltage of the fuel cell 1 detected by the
次いで状態Mでは、パワーマネージャ13への電力取出指令を絶つことで、カソード酸素消費のための電力取り出しを停止する。このようにアノード1aの水素供給を続けがらカソード1bの空気供給を停止して燃料電池1から電力を取り出すことによりカソード1b及びその前後の配管内の酸素を消費することによって、燃料電池停止時に、燃料電池開放端電圧を立てないようにできる。これにより、燃料電池の劣化を防止することができる。次いで状態Nで水素タンク元弁3を閉じて水素供給を停止する。
Next, in the state M, the power extraction command for the cathode manager is stopped by stopping the power extraction command to the
状態Nにおいて、水素系内の水素がパージ弁7から排出されて圧力センサ6aが検出するアノード水素圧力が大気圧程度まで下がったら、状態Oへ遷移する。状態Oでは、水素希釈ブロア15を停止させ、状態Pで燃料電池システムの停止が完了する。
In the state N, when the hydrogen in the hydrogen system is discharged from the purge valve 7 and the anode hydrogen pressure detected by the
1…燃料電池
2…水素タンク
3…水素タンク元弁
4…水素供給弁
5…エゼクタ
6a、6b…圧力センサ
7…パージ弁
8…燃焼器
9…コンプレッサ
10…空気調圧弁
11…純水ポンプ
12…純水タンク
13…パワーマネージャー
14a、14b、14c…純水回収弁
15…希釈ブロア
16…電圧センサ
20…空気圧力制御部
21…水素圧力制御部
22…水素供給元弁制御部
23…停止時パージ弁制御部
24…純水回収制御部
25…カソード酸素消費制御部
30…コントローラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (7)
前記燃料電池からアノードオフガスを排出するパージ弁と、
前記燃料電池から負荷装置への通常電力供給の停止前に前記パージ弁を開けるように制御する停止時パージ弁制御手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。 In a fuel cell system having a hydrogen tank for storing hydrogen to be supplied to the fuel cell, and a hydrogen supply valve for adjusting a hydrogen pressure and a hydrogen flow rate in the middle of piping from the hydrogen tank to the fuel cell,
A purge valve for discharging anode off-gas from the fuel cell;
A stop-time purge valve control means for controlling to open the purge valve before stopping normal power supply from the fuel cell to the load device;
A fuel cell system comprising:
前記停止時パージ弁制御手段は、前記通常電力供給の停止前にパージ弁を開け、少なくとも前記所定の期間の水素圧力制御開始までパージ弁の開状態を保持することを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。 Hydrogen pressure control means for controlling the hydrogen pressure supplied to the fuel cell for a predetermined period after the supply of normal power from the fuel cell to the load device is stopped,
2. The stop purge valve control means opens the purge valve before stopping the normal power supply, and keeps the purge valve open until at least the start of hydrogen pressure control in the predetermined period. Fuel cell system.
カソードの空気圧力を用いて燃料電池から前記加湿用水を前記水タンクへ回収する水回収制御手段とを備え、
前記水素圧力制御手段による前記所定の期間の水素圧力制御は、前記水回収制御手段による水回収時に行うことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の燃料電池システム。 A water tank for collecting water for humidifying the fuel cell electrolyte membrane;
Water recovery control means for recovering the humidifying water from the fuel cell to the water tank using the cathode air pressure;
4. The fuel cell system according to claim 2, wherein the hydrogen pressure control for the predetermined period by the hydrogen pressure control unit is performed at the time of water recovery by the water recovery control unit.
前記水素圧力制御手段による前記所定の期間の水素圧力制御は、前記カソード酸素消費制御手段によるカソード酸素消費制御時に行うことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の燃料電池システム。 Cathode oxygen consumption control for controlling the consumption of cathode oxygen by taking out power from the fuel cell while the supply of hydrogen gas to the fuel cell is stopped and the air supply is stopped after the normal power supply from the fuel cell to the load device is stopped With means,
4. The fuel cell system according to claim 2, wherein the hydrogen pressure control for the predetermined period by the hydrogen pressure control unit is performed during cathode oxygen consumption control by the cathode oxygen consumption control unit. 5.
前記所定の期間の水素圧力制御が終了した後に水素タンク元弁を閉じることを特徴とする請求項2乃至請求項5の何れか1項に記載の燃料電池システム。 In addition to the hydrogen supply valve, a hydrogen tank main valve is provided,
The fuel cell system according to any one of claims 2 to 5, wherein the hydrogen tank main valve is closed after the hydrogen pressure control for the predetermined period is finished.
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JP2009283170A (en) * | 2008-05-20 | 2009-12-03 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system |
JP2010245008A (en) * | 2009-04-10 | 2010-10-28 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system, and power generation shutdown method of fuel cell |
JP2011129395A (en) * | 2009-12-18 | 2011-06-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Solid polymer fuel cell power generation system |
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2003
- 2003-11-27 JP JP2003396772A patent/JP2005158556A/en active Pending
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