JP2005268054A - Fuel cell system - Google Patents

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俊人 平松
Masaaki Kondo
政彰 近藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system equipped with an abnormal state suppressing function and making vehicle loading possible. <P>SOLUTION: The fuel cell system in which fluid H2 is supplied to a fuel cell 10 is equipped with a housing part 11 for housing the fuel cell 10 and an oxygen concentration reducing means Vh3, 20 reducing oxygen concentration on the inside of the housing part 11 by filling the fluid H2 in the housing part 11 when abnormality is detected in the housing part 11. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、異常状態抑制機能を備えた燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system having an abnormal state suppressing function.

燃料電池システムにおける異常状態抑制方法としては、例えば特開2001―189161号公報に記載された方法があった。この方法によれば、自動車の衝突事故などの衝撃を検知する衝撃検知センサと、この衝撃検知センサの出力値に基づいて異常信号を発生する異常信号発生手段と、この異常信号に基づき原燃料ガスと酸化剤ガスの供給を停止する改質器導入ガス停止手段としての開閉弁と、不活性ガスボンベと、改質器前後に設けた不活性ガス封入用の遮断弁と、異常信号に基づき不活性ガスを導入するための開閉弁と、を備えていた(特許文献1)。
特開2001―189161号公報(段落番号0017)
As an abnormal state suppression method in a fuel cell system, for example, there is a method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-189161. According to this method, an impact detection sensor for detecting an impact such as an automobile collision accident, an abnormal signal generating means for generating an abnormal signal based on an output value of the impact detection sensor, and a raw fuel gas based on the abnormal signal And an on-off valve as a reformer introduction gas stop means for stopping the supply of the oxidant gas, an inert gas cylinder, a shut-off valve for inert gas filling provided before and after the reformer, and inert based on an abnormal signal And an on-off valve for introducing gas (Patent Document 1).
JP 2001-189161 A (paragraph number 0017)

しかし、上記従来の技術では、燃料ガスの供給装置の他に、不活性ガスタンクを備えておかなければならず、システムが大きくならざるを得なかった。特に移動体に搭載する燃料電池システムでは、滅多に使用されることのない機能のために重量や容積が増えることは好ましくなく、上記従来の技術は車載用の安全装置としては不適であった。   However, in the above conventional technique, an inert gas tank must be provided in addition to the fuel gas supply device, and the system has to be enlarged. In particular, in a fuel cell system mounted on a mobile body, it is not preferable that the weight and volume increase due to functions that are rarely used, and the above-described conventional technology is not suitable as a vehicle-mounted safety device.

そこで本発明は、異常状態抑制機能を備えた車載可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a vehicle-mounted fuel cell system having an abnormal state suppressing function.

上記課題を解決するために、本発明は、燃料電池に流体が供給される燃料電池システムにおいて、燃料電池を密封可能に収容する収容部と、前記収容部内における異常を検出した場合に、前記収容部内部に前記流体を充填して当該収容部内部の酸素濃度を低減させる酸素濃度低減手段と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a fuel cell system in which a fluid is supplied to a fuel cell. And oxygen concentration reducing means for reducing the oxygen concentration inside the accommodating portion by filling the fluid inside the portion.

上記構成によれば、異常が検出された場合に、収容部内には流体が充填され酸素濃度が低くなって酸欠状態となり異常状態(酸化反応状態)が抑制される。このとき、酸欠状態を作り出す媒体は通常の運転で利用している燃料電池のための流体であるため、異常状態抑制のための特別な装備を設ける必要がない。このためシステムをコンパクトに軽量にでき、車載に適する異常状態抑制設備を提供することができる。   According to the above configuration, when an abnormality is detected, the container is filled with fluid, the oxygen concentration is lowered, and an oxygen deficient state occurs, thereby suppressing the abnormal state (oxidation reaction state). At this time, the medium that creates the oxygen deficient state is a fluid for the fuel cell that is used in normal operation, and therefore, it is not necessary to provide special equipment for suppressing the abnormal state. For this reason, the system can be made compact and lightweight, and an abnormal state suppression facility suitable for in-vehicle use can be provided.

ここで例えば「流体」は燃料ガスである。燃料ガスを充填することによっても酸素濃度を低減することができ、しかも燃料ガスは燃料電池システムのために多量に搭載されているため、特別な装備を設けることなく異常状態抑制機能を持たせることができる。   Here, for example, “fluid” is fuel gas. By filling the fuel gas, the oxygen concentration can be reduced, and since the fuel gas is mounted in a large amount for the fuel cell system, it has an abnormal state suppression function without providing special equipment. Can do.

また例えば「流体」は冷却水である。冷却水を充填することによっても酸素濃度を低減でき、しかも冷却水は燃料電池の冷却のために多量に搭載されているため、特別な装備を設けることなく異常状態抑制機能を持たせることができる。   For example, “fluid” is cooling water. Filling with cooling water can also reduce the oxygen concentration, and since cooling water is mounted in large quantities for cooling the fuel cell, it can have an abnormal state suppression function without providing special equipment. .

ここで、冷却水の温度を低減する手段を備え、冷却水を収容部内部に充填する際に当該冷却水の温度を低減させることは好ましい。当該構成によれば、冷却水が酸素濃度を低減させると同時に、冷却水が異常状態で発生する熱を奪うので早期に確実に安全に異常状態抑制活動が行われる。   Here, it is preferable to provide a means for reducing the temperature of the cooling water, and to reduce the temperature of the cooling water when the cooling water is filled in the accommodating portion. According to this configuration, the cooling water reduces the oxygen concentration, and at the same time, the cooling water takes away the heat generated in the abnormal state, so that the abnormal state suppression activity is performed safely and early.

また連通部を開閉する開閉部材とを備え、酸素濃度低減手段は、異常を検出した場合に前記開閉部材を閉状態とするように構成してもよい。収容部には連通部があるので通常の運転時には燃料ガスを排出することができる一方、異常が検出された場合には閉鎖されることにより密封状態を容易に作り出すことができる。   The oxygen concentration reducing means may be configured to close the opening / closing member when an abnormality is detected. Since the accommodating portion has a communication portion, the fuel gas can be discharged during normal operation, and when an abnormality is detected, the housing portion can be closed to easily create a sealed state.

また本発明は、燃料電池を備える燃料電池システムにおいて、燃料電池を密封可能に収容する収容部と、収容部内の気体を排出する駆動手段と、収容部内における異常を検出した場合に駆動手段を駆動させ、収容部内の気体を排出することにより当該収容部内の酸素濃度を低減させる酸素濃度低減手段と、を備えることを特徴とする。   Further, the present invention provides a fuel cell system including a fuel cell, a housing portion that seals the fuel cell, a driving unit that discharges gas in the housing portion, and a driving unit that drives the driving unit when an abnormality is detected in the housing unit. And oxygen concentration reducing means for reducing the oxygen concentration in the accommodating part by discharging the gas in the accommodating part.

上記構成によれば、異常が検出された場合には駆動手段により気体が排出されるので酸素濃度が低減し異常状態を抑制することが可能である。   According to the above configuration, when an abnormality is detected, the gas is discharged by the driving means, so that the oxygen concentration is reduced and the abnormal state can be suppressed.

また、本発明において、駆動手段が前記燃料電池のカソード極へ酸化ガスを供給するコンプレッサであることは好ましい。通常運転時に使用するコンプレッサによって酸化ガスの排出を兼用させることが可能である。   In the present invention, the driving means is preferably a compressor that supplies an oxidizing gas to the cathode electrode of the fuel cell. The compressor used during normal operation can also be used to discharge the oxidizing gas.

また酸素濃度低減手段は、異常時に燃料ガス及び酸化ガスの供給を停止するように構成することは好ましい。これらのガスを停止すれば異常状態が沈静化するからである。   Further, it is preferable that the oxygen concentration reducing means is configured to stop the supply of the fuel gas and the oxidizing gas when there is an abnormality. This is because the abnormal state is calmed down if these gases are stopped.

以上本発明によれば、異常が検出された場合に酸欠状態を作り出す媒体は通常の運転で利用している燃料電池のための流体であるため、異常状態抑制のための特別な装備を設ける必要がないためコンパクトであり、車載可能な燃料電池システムを提供可能である。   As described above, according to the present invention, since the medium that creates an oxygen deficiency state when an abnormality is detected is a fluid for a fuel cell that is used in normal operation, special equipment for suppressing the abnormal state is provided. Since this is not necessary, it is possible to provide a fuel cell system that is compact and can be mounted on a vehicle.

次に本発明を実施するための好適な実施形態を、図面を参照しながら説明する。以下の実施形態は本発明の例示に過ぎず、本発明はこれに限定されずに適用可能である。   Next, preferred embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. The following embodiments are merely examples of the present invention, and the present invention is applicable without being limited thereto.

(実施形態1)
この実施形態1は、電気自動車等の移動体に本発明の異常状態抑制機能を備えた燃料電池システムを適用したものであり、特に流体として燃料ガスを充填するものである。図1に本燃料電池システムのうち燃料電池スタック周りの配管及び弁構造を示す。図1に示すように、当該燃料電池システムは、燃料電池スタック10に燃料ガスである水素ガス(H2)を供給するための系統、酸素源である空気(Air)を供給するための系統、及び燃料電池スタック10を冷却するために冷却水(Water)を供給する系統を備えている。
(Embodiment 1)
In the first embodiment, a fuel cell system having the abnormal state suppressing function of the present invention is applied to a moving body such as an electric vehicle, and particularly, a fuel gas is filled as a fluid. FIG. 1 shows the piping and valve structure around the fuel cell stack in the fuel cell system. As shown in FIG. 1, the fuel cell system includes a system for supplying hydrogen gas (H2) as a fuel gas to the fuel cell stack 10, a system for supplying air (Air) as an oxygen source, and A system for supplying cooling water to cool the fuel cell stack 10 is provided.

燃料電池スタック10は、水素ガス、空気、冷却水の流路を有するセパレータと、一対のセパレータで挟み込まれたMEA(Membrane Electrode Assembly)とから構成されるセルを複数積層したスタック構造を備えている。MEAは高分子電解質膜を燃料極及び空気極の二つの電極を挟み込んだ構造をしている。燃料極は燃料極用触媒層を多孔質支持層状に設けてあり、空気極は空気極用触媒層を多孔質支持層上に設けてある。   The fuel cell stack 10 has a stack structure in which a plurality of cells composed of a separator having a flow path of hydrogen gas, air, and cooling water and a MEA (Membrane Electrode Assembly) sandwiched between a pair of separators are stacked. . The MEA has a structure in which a polymer electrolyte membrane is sandwiched between two electrodes, a fuel electrode and an air electrode. The fuel electrode has a fuel electrode catalyst layer provided in the form of a porous support layer, and the air electrode has an air electrode catalyst layer provided on the porous support layer.

燃料ガスは、図示しない水素ガス供給源である水素タンク等から配管1によって燃料電池スタック10に供給され、配管2によって水素オフガスとして排出される。配管1には水素入口遮断弁Vh1が、配管2には水素出口遮断弁Vh2が設けられており、制御部20の制御信号に応じて燃料電池スタック10の動作を停止する場合に燃料ガスの流通を遮断することが可能になっている。特に配管1の水素入口遮断弁Vh1上流には、支管7が連通しており、支管7の流通を可能とする水素充填制御弁Vh3が設けられている。   The fuel gas is supplied to the fuel cell stack 10 through a pipe 1 from a hydrogen tank or the like, which is a hydrogen gas supply source (not shown), and is discharged as hydrogen off-gas through the pipe 2. The pipe 1 is provided with a hydrogen inlet shut-off valve Vh1, and the pipe 2 is provided with a hydrogen outlet shut-off valve Vh2. When the operation of the fuel cell stack 10 is stopped in response to a control signal from the control unit 20, the fuel gas flows. It is possible to shut off. In particular, a branch pipe 7 communicates with the upstream side of the hydrogen inlet shutoff valve Vh 1 of the pipe 1, and a hydrogen filling control valve Vh 3 that allows the branch pipe 7 to flow is provided.

空気は、図示しないエアクリーナから取り入れられコンプレッサ12で加圧されて配管3によって燃料電池スタック10に供給され、配管4によって空気オフガスとして排出される。配管3には空気入口遮断弁Va1が、配管4には空気出口遮断弁Va4が設けられており、制御部20の制御信号に応じて燃料電池スタック10の動作を停止する場合に空気の流通を遮断することが可能になっている。   The air is taken in from an air cleaner (not shown), pressurized by the compressor 12, supplied to the fuel cell stack 10 through the pipe 3, and discharged as air off-gas through the pipe 4. The pipe 3 is provided with an air inlet shut-off valve Va1, and the pipe 4 is provided with an air outlet shut-off valve Va4. When the operation of the fuel cell stack 10 is stopped according to a control signal from the control unit 20, the air flow is stopped. It is possible to block.

冷却水は、図示しない冷却ポンプ等で循環させられ、配管5によって燃料電池スタック10に供給されて内部を冷却し、配管6によって排出され再循環するようになっている。   The cooling water is circulated by a cooling pump or the like (not shown), supplied to the fuel cell stack 10 via the pipe 5 to cool the inside, discharged through the pipe 6 and recirculated.

当該燃料電池スタック10は、ケーシング11によって密封可能に構成されている。ケーシング11は、燃料ガスや冷却水に対して化学的耐性があり、かつ、本発明の異常状態抑制処理によってある程度の高圧に燃料ガスや冷却水等の流体が充填されても耐える機械的強度を備える。ケーシング11の内部は、酸素濃度が低く保たれていることが火災防止の観点から好ましい。例えばケーシング11の内部を外部に比べて低圧状態に保つことにより、本発明の燃料ガス充填時に速やかに燃料ガスが充填できるので好ましい。また不活性ガスを充填しておけば、火災が発生しにくくなるため好ましい。   The fuel cell stack 10 is configured to be sealable by a casing 11. The casing 11 is chemically resistant to the fuel gas and the cooling water, and has a mechanical strength that can withstand a certain level of high pressure when the fluid such as the fuel gas and the cooling water is filled by the abnormal state suppressing process of the present invention. Prepare. The inside of the casing 11 is preferably kept low in oxygen concentration from the viewpoint of fire prevention. For example, it is preferable to keep the inside of the casing 11 at a lower pressure than the outside because the fuel gas can be filled quickly when the fuel gas is filled in the present invention. Moreover, it is preferable to fill with an inert gas because a fire hardly occurs.

ケーシング11には、内部の温度を検出可能な温度センサStと圧力を検出可能な圧力センサSpとが設けられており、それぞれを検出信号として制御部20に出力している。   The casing 11 is provided with a temperature sensor St that can detect the internal temperature and a pressure sensor Sp that can detect the pressure, and each of them is output as a detection signal to the control unit 20.

各遮断弁Vh1〜Vh3,Va1、Va2は、必ずしもケーシング11の内部に配置されることを要しないが、支管7の排出口は少なくともケーシング11の内部に燃料ガスを充填可能に設けられている必要がある。   The shutoff valves Vh <b> 1 to Vh <b> 3, Va <b> 1, Va <b> 2 do not necessarily need to be arranged inside the casing 11, but the outlet of the branch pipe 7 needs to be provided so that at least the inside of the casing 11 can be filled with fuel gas. There is.

制御部20は公知のコンピュータシステムであり、図示しないROM等に格納されている本発明の異常状態抑制方法を実行させるためのソフトウェアプログラムを図示しないCPU(中央処理装置)が順次実行することにより、当該システムに本発明の異常状態抑制方法を実施させることが可能になっている。   The control unit 20 is a known computer system, and a CPU (Central Processing Unit) (not shown) sequentially executes a software program for executing the abnormal state suppression method of the present invention stored in a ROM (not shown). It is possible to cause the system to implement the abnormal state suppressing method of the present invention.

次に、図2のフローチャートを参照して、本実施形態1における異常状態抑制方法を説明する。当該フローチャートはこの燃料電池システムの運転時に定期的に制御部20において実施されるものである。   Next, the abnormal state suppressing method according to the first embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. The flowchart is periodically executed by the control unit 20 during operation of the fuel cell system.

上記構成において、通常運転時では、水素入口遮断弁Vh1及び出口遮断弁Vh2が開放されて燃料ガスが流通し、また空気入口遮断弁Va1及び出口遮断弁Va2が開放されて空気が流通することにより、燃料電池スタック10中の単セルでは電気化学反応が生じ電気が生じる。通常運転時には水素充填遮断弁Vh3が閉鎖されているので、ケーシング11内は当初に封入されたガスのみが存在する。   In the above configuration, during normal operation, the hydrogen inlet cutoff valve Vh1 and the outlet cutoff valve Vh2 are opened to allow fuel gas to flow, and the air inlet cutoff valve Va1 and the outlet cutoff valve Va2 are opened to allow air to flow. In the single cell in the fuel cell stack 10, an electrochemical reaction occurs and electricity is generated. Since the hydrogen filling cutoff valve Vh3 is closed during normal operation, only the gas initially sealed is present in the casing 11.

制御部20は、温度センサStからの検出信号を参照し(S1)、ケーシング11の内部温度が異常な値を示していないかを検査する(S2)。異常が検出されなければ(S2:NO)異常状態抑制処理は不要であるが、ケーシング11の内部温度が所定の値を超える等の異常な事態と判断される場合には(S2:YES)、制御部20は本発明の異常状態抑制処理に移る。なお、ここでは温度測定によって異常を検出していたが、炎検知器の検出信号や圧力値によって異常を検出してもよい。さらに移動体のGセンサやエアバックセンサからの検出信号を入力し、移動体が衝突したと判断されたことを契機として異常状態抑制処理に移ってもよい。   The control unit 20 refers to the detection signal from the temperature sensor St (S1) and checks whether the internal temperature of the casing 11 shows an abnormal value (S2). If no abnormality is detected (S2: NO), the abnormal state suppression process is unnecessary, but if it is determined that an abnormal situation such as the internal temperature of the casing 11 exceeding a predetermined value (S2: YES), The control unit 20 proceeds to the abnormal state suppression process of the present invention. Although the abnormality is detected here by measuring the temperature, the abnormality may be detected by a detection signal or a pressure value of the flame detector. Furthermore, the detection signal from the G sensor or the airbag sensor of the moving body may be input, and the process may be shifted to the abnormal state suppression process when it is determined that the moving body has collided.

異常状態抑制処理では、まず制御部20は水素入口遮断弁Vh1及び出口遮断弁Vh2を閉鎖し、また空気入口遮断弁Va1及び出口遮断弁Va2を閉鎖し、燃料電池スタック10への燃料ガス及び空気の供給・排出を停止する(S3)。   In the abnormal state suppression process, first, the control unit 20 closes the hydrogen inlet cutoff valve Vh1 and the outlet cutoff valve Vh2, and closes the air inlet cutoff valve Va1 and the outlet cutoff valve Va2, so that the fuel gas and air to the fuel cell stack 10 are closed. Supply / discharge is stopped (S3).

次いで制御部20は、水素充填遮断弁Vh3を開放させ、支管7経由で燃料ガスをケーシング11内に充満させる(S4)。この制御により、支管7から燃料ガスがケーシング11の内部に充填していき、相対的な酸素濃度を低下させる。   Next, the control unit 20 opens the hydrogen filling cutoff valve Vh3 and fills the casing 11 with fuel gas via the branch pipe 7 (S4). By this control, the fuel gas is filled into the casing 11 from the branch pipe 7, and the relative oxygen concentration is lowered.

図3に水素ガス濃度と異常状態性との関係図を示す。曲線fがケーシング11内部に充填される水素ガス濃度を示している。充填開始から時間Tf経過後でほぼ充填されることを示している。水素ガスの燃焼性は、水素ガスの濃度のみならず、酸素の濃度が密接に関連する。図3の範囲A3では水素ガスの濃度が十分に小さい(例えば4%未満)。このような場合には水素ガス自体が少なすぎて燃焼しない。逆に水素ガスの濃度が高すぎても相対的な酸素ガス濃度が低くなるため、燃焼しにくくなる。例えば図3では、水素ガス濃度が約75%を越える非異常状態の範囲A1に入ると燃焼しにくくなる。これらの間が異常状態の範囲A2となる。本実施形態では燃料ガスを急速充填することにより、ケーシング11の内部を非異常状態の範囲A1にしてしまうのである。   FIG. 3 shows a relationship diagram between the hydrogen gas concentration and the abnormal state property. A curve f indicates the concentration of hydrogen gas filled in the casing 11. It shows that the battery is almost filled after time Tf has elapsed from the start of filling. The combustibility of hydrogen gas is closely related not only to the hydrogen gas concentration but also to the oxygen concentration. In the range A3 in FIG. 3, the concentration of hydrogen gas is sufficiently small (for example, less than 4%). In such a case, the hydrogen gas itself is too small to burn. On the contrary, even if the concentration of hydrogen gas is too high, the relative oxygen gas concentration is low, so that combustion is difficult. For example, in FIG. 3, when the hydrogen gas concentration enters the non-abnormal state range A1 exceeding about 75%, combustion becomes difficult. Between these is the abnormal state range A2. In the present embodiment, the inside of the casing 11 is brought into the non-abnormal range A1 by rapidly filling the fuel gas.

すなわちステップS4によって支管7から燃料ガスがケーシング11内に充満し、酸素濃度を低減し、内部に異常状態が発生していたとしても酸素不足によって異常状態を停止させてしまう。制御部20は、圧力センサSpの検出信号を監視し、充分に燃料ガスがケーシング11内部に充填されたかを検査する(S5)。内部の圧力が所定のしきい値Pthより大きくならなければ(S5:NO)、引き続き燃料ガスの充填が続行されるが、内部の圧力がしきい値Pthより大きくなったら(S5:YES)、水素充填遮断弁Vh3を閉鎖する制御信号を出力して燃料ガスの充填を終了させる(S6)。なお、圧力で水素充填の完了を検出する他に、温度センサSt等による温度検出で火災の鎮火を確認してから水素充填を停止したり、その他の基準で水素充填を停止させたりしてもよい。   That is, in step S4, the fuel gas is filled into the casing 11 from the branch pipe 7, the oxygen concentration is reduced, and even if an abnormal state occurs inside, the abnormal state is stopped due to insufficient oxygen. The control unit 20 monitors the detection signal of the pressure sensor Sp, and inspects whether the fuel gas is sufficiently filled in the casing 11 (S5). If the internal pressure does not become larger than the predetermined threshold value Pth (S5: NO), the fuel gas is continuously charged. If the internal pressure becomes larger than the threshold value Pth (S5: YES), A control signal for closing the hydrogen filling shut-off valve Vh3 is output to end the fuel gas filling (S6). In addition to detecting the completion of hydrogen filling with pressure, hydrogen filling may be stopped after confirming that the fire has been extinguished by temperature detection by temperature sensor St or the like, or hydrogen filling may be stopped based on other criteria. Good.

このように実施形態1によれば、燃料ガスである水素ガスを充填させることによってケーシング11内部の酸素濃度を低減させ異常状態抑制を実施するので、既存の水素ガスの供給設備をそのまま利用するだけで異常状態抑制処理が行え、不活性ガスを供給するタンクなどの大掛かりなシステムが不要である。   As described above, according to the first embodiment, by filling the hydrogen gas as the fuel gas, the oxygen concentration in the casing 11 is reduced and the abnormal state is suppressed, so that the existing hydrogen gas supply equipment is used as it is. Therefore, an abnormal state suppression process can be performed, and a large-scale system such as a tank for supplying an inert gas is unnecessary.

特に本実施形態1によれば、高圧な燃料ガスを充填可能であるため、急速に燃料電池スタックの周囲の酸素濃度を低下させることができ、高速な異常状態抑制が可能である。   In particular, according to the first embodiment, since high-pressure fuel gas can be filled, the oxygen concentration around the fuel cell stack can be rapidly reduced, and high-speed abnormal state suppression is possible.

(実施形態2)
上記実施形態1では流体として燃料ガスを充填して酸素濃度を低減させていたが、本実施形態2では流体として冷却水を充填するものである。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the fuel gas is filled as a fluid to reduce the oxygen concentration, but in the second embodiment, cooling water is filled as a fluid.

図4に、本実施形態2における燃料電池スタック10の周囲の配管構造を示す。本実施形態2では、水素ガスをケーシング11内部に充填するための水素充填遮断弁Vh3及び支管7が存在しない。その代わりに、冷却水を供給する配管5に支管8が設けられ、冷却水充填遮断弁Vwが設けられている。当該冷却水充填遮断弁Vwや支管8自体が必ずしもケーシング11内部に存在する必要はないが、少なくとも支管8の出口はケーシング11の内部に冷却水を充填可能に配置されている必要がある。   FIG. 4 shows a piping structure around the fuel cell stack 10 according to the second embodiment. In the second embodiment, the hydrogen filling cutoff valve Vh3 and the branch pipe 7 for filling the inside of the casing 11 with hydrogen gas are not present. Instead, a branch pipe 8 is provided in the pipe 5 for supplying cooling water, and a cooling water filling cutoff valve Vw is provided. The cooling water filling cutoff valve Vw and the branch pipe 8 itself do not necessarily exist inside the casing 11, but at least the outlet of the branch pipe 8 needs to be arranged so that the cooling water can be filled inside the casing 11.

また、冷却水供給系統としては、配管6から排出された冷却水を強制循環させる冷却水ポンプ13、配管5中に流れる冷却水から熱を奪うための熱交換器14を備える。熱交換器14はさらに冷却装置15に接続され、二次的な循環経路中を冷媒が循環して熱交換器14で冷却水を冷却するようになっている。熱交換器14や冷却装置15の構成には限定は無いが、例えば、コンデンサにより凝集熱を奪って冷却するシステムや、ラジエタ及びファンにより空冷するシステムが適用可能である。   The cooling water supply system includes a cooling water pump 13 for forcibly circulating the cooling water discharged from the pipe 6 and a heat exchanger 14 for removing heat from the cooling water flowing in the pipe 5. The heat exchanger 14 is further connected to a cooling device 15 so that the refrigerant circulates in the secondary circulation path and cools the cooling water by the heat exchanger 14. The configurations of the heat exchanger 14 and the cooling device 15 are not limited, but, for example, a system that cools by removing condensed heat with a condenser, or a system that cools with a radiator and a fan is applicable.

実施形態1と同様に、ケーシング11の内部は、酸素濃度が低く保たれていることが火災防止の観点から好ましい。例えばケーシング11の内部を外部に比べて低圧状態に保つことにより、本発明の冷却水充填時に速やかに冷却水が充填できるので好ましい。また、ケーシング11には、温度センサStと圧力センサSpとの他に、水位を検出可能な水位計Shが設けられており、検出信号を制御部20に出力している。その他の構成については実施形態1と同様なので説明を省略する。   As in the first embodiment, the inside of the casing 11 is preferably kept low in oxygen concentration from the viewpoint of fire prevention. For example, it is preferable to keep the inside of the casing 11 in a low pressure state as compared with the outside because the cooling water can be filled quickly when the cooling water is filled in the present invention. In addition to the temperature sensor St and the pressure sensor Sp, the casing 11 is provided with a water level meter Sh capable of detecting the water level, and outputs a detection signal to the control unit 20. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.

上記構成において、配管6によって排出された冷却水は、冷却ポンプ13で強制循環させられ、熱交換器14によって冷却された後、配管5によって燃料電池スタック10に供給される。   In the above configuration, the cooling water discharged by the pipe 6 is forcedly circulated by the cooling pump 13, cooled by the heat exchanger 14, and then supplied to the fuel cell stack 10 by the pipe 5.

次に、図5のフローチャートを参照して、本実施形態2における異常状態抑制方法を説明する。当該フローチャートはこの燃料電池システムの運転時に定期的に制御部20において実施されるものである。   Next, the abnormal state suppressing method according to the second embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. The flowchart is periodically executed by the control unit 20 during operation of the fuel cell system.

通常運転時では、冷却水充填遮断弁Vwが閉鎖されているので、ケーシング11内は当初に封入されたガスのみが存在する。   During normal operation, since the cooling water filling cutoff valve Vw is closed, only the gas initially enclosed in the casing 11 exists.

上記実施形態1と同様に、制御部20は温度センサStからの検出信号を参照し(S11)、異常が検出されなければ(S12:NO)異常状態抑制処理をパスし、異常な事態と判断される場合には(S12:YES)、本実施形態の異常状態抑制処理に移る。異常検出の方法に種々変形可能なことは実施形態1と同様である。   As in the first embodiment, the control unit 20 refers to the detection signal from the temperature sensor St (S11), and if no abnormality is detected (S12: NO), the control unit 20 passes the abnormal state suppression process and determines that there is an abnormal situation. If yes (S12: YES), the process proceeds to the abnormal state suppression process of the present embodiment. As in the first embodiment, various modifications can be made to the abnormality detection method.

異常状態抑制処理では、まず制御部20は水素入口遮断弁Vh1及び出口遮断弁Vh2を閉鎖し、また空気入口遮断弁Va1及び出口遮断弁Va2を閉鎖し、燃料電池スタック10への燃料ガス及び空気の供給・排出を停止する(S13)。次に制御部20は、冷却ポンプを強制駆動させ(S14)、冷却水の循環量を上げる。同時に制御部20は熱交換器14を駆動させ(S15)、冷却水の冷却量を最大限に上げる。例えば熱交換器14や冷却装置15が二次循環経路を有するものであれば、その二次循環経路の流通量を上げてコンデンサを能力一杯に動作させる。熱交換器がラジエタによるものであれば、ファンの回転数を最大にして、空冷性能を最大にする。   In the abnormal state suppression process, first, the control unit 20 closes the hydrogen inlet cutoff valve Vh1 and the outlet cutoff valve Vh2, and closes the air inlet cutoff valve Va1 and the outlet cutoff valve Va2, so that the fuel gas and air to the fuel cell stack 10 are closed. Supply / discharge is stopped (S13). Next, the controller 20 forcibly drives the cooling pump (S14) to increase the circulation amount of the cooling water. At the same time, the control unit 20 drives the heat exchanger 14 (S15) to maximize the cooling amount of the cooling water. For example, if the heat exchanger 14 or the cooling device 15 has a secondary circulation path, the circulation amount of the secondary circulation path is increased to operate the condenser to its full capacity. If the heat exchanger is a radiator, maximize the fan cooling speed to maximize air cooling performance.

そして制御部20は、冷却水充填遮断弁Vwを開放する制御信号を出力する(S16)。冷却水遮断弁Vwが開弁されることによって、冷却水が支管8からケーシング11内に充填され始める。そして水位の上昇と共に、燃料電池スタック10の周囲からガス成分を排除し結果的に酸素濃度を大幅に減少させていく。   Then, the control unit 20 outputs a control signal for opening the cooling water filling cutoff valve Vw (S16). By opening the cooling water shutoff valve Vw, the cooling water begins to be filled into the casing 11 from the branch pipe 8. As the water level rises, gas components are removed from the periphery of the fuel cell stack 10 and, as a result, the oxygen concentration is greatly reduced.

冷却水の充填により、酸素濃度の低減は劇的なものとなり、燃料電池スタック10の異常状態抑制はより完全なものになる。ここで制御部20は、水位センサShの検出信号を監視し、ケーシング11内部に冷却水が一定の水位まで充填されたかを検査する(S17)。水位が所定の水位Hthより大きくならなければ(NO)、引き続き冷却水の充填が続行されるが、冷却水の水位が一定値Hthより大きくなったら(YES)、冷却水充填遮断弁Vwを閉鎖する制御信号を出力し、冷却水放出を終了させる(S18)。なお、水位以外の基準で冷却水充填を停止させてもよい点は実施形態1と同様である。   By filling the cooling water, the reduction of the oxygen concentration becomes dramatic, and the abnormal state suppression of the fuel cell stack 10 becomes more complete. Here, the control unit 20 monitors the detection signal of the water level sensor Sh, and inspects whether or not the cooling water is filled up to a certain water level in the casing 11 (S17). If the water level does not become higher than the predetermined water level Hth (NO), the cooling water will continue to be charged, but if the water level becomes higher than a certain value Hth (YES), the cooling water filling shutoff valve Vw is closed. The control signal to output is output, and cooling water discharge is terminated (S18). In addition, the point which may stop cooling water filling on the basis other than a water level is the same as that of Embodiment 1.

このように実施形態2によれば、冷却水を充填させることによってケーシング11内部の酸素濃度を低減させ異常状態抑制を実施するので、既存の冷却水供給設備をそのまま利用するだけで異常状態抑制処理が行え、不活性ガスを供給するタンクなどの大掛かりなシステムが不要である。   As described above, according to the second embodiment, since the oxygen concentration inside the casing 11 is reduced and the abnormal state is suppressed by filling the cooling water, the abnormal state suppressing process is performed only by using the existing cooling water supply equipment as it is. This eliminates the need for a large-scale system such as a tank for supplying an inert gas.

特に本実施形態2によれば、冷却水を充填させるので確実に異常状態抑制が行える。また、冷却水の冷却能力を上昇させてから、冷却水を充填するので、急速に異常状態の原因となった場所から熱を奪い、迅速に異常状態抑制が行える。   In particular, according to the second embodiment, since the cooling water is filled, the abnormal state can be reliably suppressed. In addition, since the cooling water is filled after the cooling capacity of the cooling water is increased, the heat can be quickly taken away from the place causing the abnormal state, and the abnormal state can be quickly suppressed.

なお、本実施形態2の冷却水充填と併用して、前記実施形態1における燃料ガスの充填を行うことは好ましい。高圧な燃料ガスを充填により初期に酸素濃度を低減させ、続いて冷却水充填により確実に異常状態抑制を達成することで、異常状態抑制システムをより確実なものとすることができるからである。   In addition, it is preferable to perform the fuel gas filling in the first embodiment in combination with the cooling water filling in the second embodiment. This is because the abnormal state suppression system can be made more reliable by reducing the oxygen concentration in the initial stage by filling the high-pressure fuel gas and then reliably achieving the abnormal state suppression by filling the cooling water.

(実施形態3)
本実施形態3は、換気窓を備えたケーシングに関する。
(Embodiment 3)
This Embodiment 3 is related with the casing provided with the ventilation window.

図6に、本実施形態3における燃料電池スタック10の周囲の配管構造を示す。本実施形態3では、ケーシング11に連通部である換気窓17を備える点に特徴がある。ケーシング11は上記各実施形態と同じく密封可能な構造となっているが、本実施形態では換気窓17が形成されている。換気窓17には換気窓17をほぼ完全に密閉する蓋部18が開閉自在に設けられており、制御部20の制御信号に基づいて駆動されるモータ19によって開放状態とされてケーシング11の内部のガスを外部に放出したり、閉鎖状態として内部を窒息状態としたりすることが可能になっている。   FIG. 6 shows a piping structure around the fuel cell stack 10 according to the third embodiment. The third embodiment is characterized in that the casing 11 is provided with a ventilation window 17 that is a communication portion. The casing 11 has a structure that can be sealed as in the above embodiments, but in this embodiment, a ventilation window 17 is formed. The ventilation window 17 is provided with a lid 18 that can close the ventilation window 17 almost completely. The lid 18 is opened by a motor 19 that is driven based on a control signal from the control unit 20. The gas can be discharged to the outside, or the inside can be suffocated as a closed state.

なお、当該実施形態3におけるケーシング11は燃料電池スタック10を収容可能な範囲で極力容積を小さくすることが好ましい。内部に含まれる酸素量をできるだけ少なくすることで早期に窒息状態とすることができるからである。   In addition, it is preferable to make the volume of the casing 11 in the third embodiment as small as possible within a range in which the fuel cell stack 10 can be accommodated. This is because the state of suffocation can be achieved at an early stage by reducing the amount of oxygen contained therein as much as possible.

その他の燃料ガスの供給系統、空気の供給系統、冷却水の供給系統については、実施形態1と同様であり説明を省略する。   The other fuel gas supply system, air supply system, and cooling water supply system are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

次に、図7のフローチャートを参照して、本実施形態3における異常状態抑制方法を説明する。当該フローチャートはこの燃料電池システムの運転時に定期的に制御部20において実施されるものである。   Next, the abnormal state suppressing method according to the third embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. The flowchart is periodically executed by the control unit 20 during operation of the fuel cell system.

通常運転時では、蓋部18は開いており、換気窓17を通してケーシング11の内外の気体が流通可能になっている。換気窓17が開放されているので、燃料電池スタック10にガス漏れが生じても外部に放出される。   During normal operation, the lid 18 is open, and gas inside and outside the casing 11 can flow through the ventilation window 17. Since the ventilation window 17 is opened, even if a gas leak occurs in the fuel cell stack 10, it is discharged to the outside.

上記実施形態1と同様に、制御部20は温度センサStからの検出信号を参照し(S21)、異常が検出されなければ(S22:NO)異常状態抑制処理をパスし、異常な事態と判断される場合には(22:YES)、本実施形態の異常状態抑制処理に移る。異常検出の方法に種々変形可能なことは実施形態1と同様である。   As in the first embodiment, the control unit 20 refers to the detection signal from the temperature sensor St (S21), and if no abnormality is detected (S22: NO), it passes the abnormal state suppression process and determines that it is an abnormal situation. If yes (22: YES), the process proceeds to the abnormal state suppression process of the present embodiment. As in the first embodiment, various modifications can be made to the abnormality detection method.

異常状態抑制処理では、まず制御部20は水素入口遮断弁Vh1及び出口遮断弁Vh2を閉鎖し、また空気入口遮断弁Va1及び出口遮断弁Va2を閉鎖し、燃料電池スタック10への燃料ガス及び空気の供給・排出を停止する(S23)。   In the abnormal state suppression process, first, the control unit 20 closes the hydrogen inlet cutoff valve Vh1 and the outlet cutoff valve Vh2, and closes the air inlet cutoff valve Va1 and the outlet cutoff valve Va2, so that the fuel gas and air to the fuel cell stack 10 are closed. Supply / discharge is stopped (S23).

そして制御部20は、制御信号をモータ19に供給して蓋部18を閉じさせ、換気窓17を閉鎖し、ケーシング11を密封状態とする(S24)。このような密封状態とすることで、容積の小さなケーシング11からは短時間に酸素が欠乏状態となって異常状態が収束することになる。   And the control part 20 supplies a control signal to the motor 19, makes the cover part 18 close, closes the ventilation window 17, and makes the casing 11 a sealing state (S24). By setting it as such a sealed state, oxygen will be deficient in a short time from the casing 11 with a small volume, and an abnormal state will converge.

そして異常状態抑制が完了したか否かを検査する(S25)。異常状態抑制されていたら(S25:YES)、制御部20はモータ19に蓋部18を開放させる制御信号を出力する(S26)。異常状態抑制がされていなければ(S25:NO)、引き続き密封状態を維持する。異常状態抑制の有無の確認には、ケーシング11内部の温度や圧力が実施形態1と同様に利用できる。   Then, it is inspected whether or not the abnormal state suppression is completed (S25). If the abnormal state is suppressed (S25: YES), the control unit 20 outputs a control signal for causing the motor 19 to open the lid 18 (S26). If the abnormal state is not suppressed (S25: NO), the sealed state is continuously maintained. For confirmation of the presence or absence of abnormal state suppression, the temperature and pressure inside the casing 11 can be used as in the first embodiment.

なお、密封による異常状態抑制は時間がかかるため、一旦蓋部18を閉鎖したらそのままとし、次にユーザが安全確認をしてシステムをリセットするまで閉鎖状態を維持するようにしてもよい。   In addition, since abnormal state suppression by sealing takes time, once the cover part 18 is closed, it may be left as it is, and then the closed state may be maintained until the user confirms safety and resets the system.

このように実施形態3によれば、密封状態を積極的に作り出すことによってケーシング11内部の酸素濃度を低減させ異常状態抑制を促進するので、既存の設備をそのまま利用するだけで異常状態抑制処理が行え、不活性ガスを供給するタンクなどの大掛かりなシステムが不要である。   As described above, according to the third embodiment, since the oxygen concentration in the casing 11 is reduced and the abnormal state suppression is promoted by positively creating a sealed state, the abnormal state suppression process can be performed only by using the existing equipment as it is. This can be done and does not require a large system such as a tank for supplying inert gas.

特に本実施形態3によれば、蓋を閉めるという比較的簡単な処理のみで異常状態抑制が行える。   In particular, according to the third embodiment, the abnormal state can be suppressed only by a relatively simple process of closing the lid.

なお、本実施形態3の密封処理と併用して、前記実施形態1における燃料ガスの充填や実施形態2における冷却水の充填を行うことは好ましい。密封作業により酸素の供給を遮断してから、高圧な燃料ガスを充填により酸素濃度をさらに低減させ、続いて冷却水充填により確実に異常状態抑制を達成することで、異常状態抑制システムをより確実なものとすることができるからである。   In addition, it is preferable to perform the fuel gas filling in the first embodiment and the cooling water filling in the second embodiment in combination with the sealing process of the third embodiment. After shutting off the oxygen supply by sealing, the oxygen concentration is further reduced by filling with high-pressure fuel gas, and then the abnormal state suppression is reliably achieved by cooling water filling, thereby making the abnormal state suppression system more reliable It is because it can be made.

(実施形態4)
本実施形態4は、酸素の積極的な除去をするシステムに関する。
(Embodiment 4)
The fourth embodiment relates to a system that actively removes oxygen.

図8に、本実施形態4における燃料電池スタック10の周囲の配管構造を示す。本実施形態4では、ケーシング11に吸引用配管91を備える点に特徴がある。吸引用配管91は空気用の配管3においてコンプレッサ12の上流に接続されている。当該吸引用配管91には遮断弁Va4が設けられている。また空気用の配管3の下流であってケーシング11の外部には支管92が設けられており、支管92を通しての空気流通を遮断する遮断弁Va3が設けられている。また支管91の配管3への合流点の上流にはさらに元弁Va5が設けられている。遮断弁Va3、Va4及びVa5は制御部20の制御信号に基づいて開閉するようになっている。   FIG. 8 shows a piping structure around the fuel cell stack 10 according to the fourth embodiment. The fourth embodiment is characterized in that the casing 11 is provided with a suction pipe 91. The suction pipe 91 is connected upstream of the compressor 12 in the air pipe 3. The suction pipe 91 is provided with a shutoff valve Va4. Further, a branch pipe 92 is provided downstream of the air pipe 3 and outside the casing 11, and a shut-off valve Va <b> 3 for shutting off air flow through the branch pipe 92 is provided. A main valve Va5 is further provided upstream of the junction of the branch pipe 91 with the pipe 3. The shut-off valves Va3, Va4 and Va5 are configured to open and close based on a control signal from the control unit 20.

なお、当該実施形態4におけるケーシング11は燃料電池スタック10を収容可能な範囲で極力容積を小さくすることが好ましい。内部に含まれる酸素量をできるだけ少なくすることで早期に窒息状態とすることができるからである。その他の燃料ガスの供給系統、空気の供給系統、冷却水の供給系統については、実施形態1と同様であり説明を省略する。   In addition, it is preferable that the casing 11 in the fourth embodiment has a volume as small as possible within a range in which the fuel cell stack 10 can be accommodated. This is because the state of suffocation can be achieved at an early stage by reducing the amount of oxygen contained therein as much as possible. The other fuel gas supply system, air supply system, and cooling water supply system are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

次に、図9のフローチャートを参照して、本実施形態4における異常状態抑制方法を説明する。当該フローチャートはこの燃料電池システムの運転時に定期的に制御部20において実施されるものである。   Next, the abnormal state suppressing method according to the fourth embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. The flowchart is periodically executed by the control unit 20 during operation of the fuel cell system.

通常運転時には、水素入口遮断弁Vh1及び出口遮断弁Vh2が開放されて燃料ガスが流通し、また空気入口遮断弁Va1及び出口遮断弁Va2が開放されて空気が流通することにより、燃料電池スタック10中の単セルでは電気化学反応が生じ電気が生じ、発電が行われている。また、通常運転時には遮断弁Va3及びVa4ともに遮断されている。   During normal operation, the hydrogen inlet shutoff valve Vh1 and the outlet shutoff valve Vh2 are opened to allow fuel gas to flow, and the air inlet shutoff valve Va1 and the outlet shutoff valve Va2 are opened to allow air to flow, whereby the fuel cell stack 10 In the single cell inside, an electrochemical reaction occurs, electricity is generated, and electricity is generated. Further, the shut-off valves Va3 and Va4 are shut off during normal operation.

上記実施形態1と同様に、制御部20は温度センサStからの検出信号を参照し(S31)、異常が検出されなければ(S32:NO)異常状態抑制処理をパスし、異常な事態と判断される場合には(S32:YES)、本実施形態の異常状態抑制処理に移る。異常検出の方法に種々変形可能なことは実施形態1と同様である。   As in the first embodiment, the control unit 20 refers to the detection signal from the temperature sensor St (S31), and if no abnormality is detected (S32: NO), it passes the abnormal state suppression process and determines that it is an abnormal situation. If yes (S32: YES), the process proceeds to the abnormal state suppression process of the present embodiment. As in the first embodiment, various modifications can be made to the abnormality detection method.

異常状態抑制処理では、制御部20は水素入口遮断弁Vh1及び出口遮断弁Vh2を閉鎖し、また空気入口遮断弁Va1及び出口遮断弁Va2を閉鎖し、燃料電池スタック10への燃料ガス及び空気の供給・排出を停止する(S33)。さらに元弁Va5も閉鎖される。   In the abnormal state suppression process, the control unit 20 closes the hydrogen inlet shut-off valve Vh1 and the outlet shut-off valve Vh2, and closes the air inlet shut-off valve Va1 and the outlet shut-off valve Va2, so that the fuel gas and air to the fuel cell stack 10 are blocked. Supply / discharge is stopped (S33). Further, the main valve Va5 is also closed.

次いで、制御部20は、遮断弁Va4及びVa3を開弁させる制御信号を出力してから(S34)、コンプレッサ12を高速回転させる駆動信号を出力する(S35)。この処理によってケーシング11の内部のガスがコンプレッサ12の入口側の負圧で吸引され、支管92から外部に排出される。このため、ケーシング11からは短時間に酸欠状態となり異常状態が収束することになる。   Next, the control unit 20 outputs a control signal for opening the shut-off valves Va4 and Va3 (S34), and then outputs a drive signal for rotating the compressor 12 at a high speed (S35). By this processing, the gas inside the casing 11 is sucked by the negative pressure on the inlet side of the compressor 12 and discharged from the branch pipe 92 to the outside. For this reason, the casing 11 becomes deficient in a short time and the abnormal state converges.

以上の吸引処理によって異常状態抑制されていたら(S36:YES)、制御部20はコンプレッサ12を停止させるが(S37)、異常状態抑制が確認されなかったら(S36:NO)、引き続きコンプレッサ駆動を継続する(S35)。なお、異常状態抑制の有無の確認には、ケーシング11内部の温度や圧力が実施形態1と同様に利用できる。   If the abnormal state is suppressed by the above suction processing (S36: YES), the control unit 20 stops the compressor 12 (S37), but if the abnormal state suppression is not confirmed (S36: NO), the compressor continues to be driven. (S35). Note that the temperature and pressure inside the casing 11 can be used in the same manner as in the first embodiment for checking whether or not the abnormal state is suppressed.

このように実施形態4によれば、ケーシング内部のガスを吸引することで積極的に支燃性ガスである酸素を吸引してケーシング11内部の酸素濃度を低減させ異常状態抑制を促進するので、既存の設備をそのまま利用するだけで異常状態抑制処理が行え、不活性ガスを供給するタンクなどの大掛かりなシステムが不要である。特に本実施形態4によれば、弁の開閉を切り替える比較的簡単な処理のみで異常状態抑制が行える。   As described above, according to the fourth embodiment, the gas inside the casing is sucked to actively suck the oxygen as the combustion-supporting gas, thereby reducing the oxygen concentration inside the casing 11 and promoting the abnormal state suppression. By using existing equipment as it is, abnormal state suppression processing can be performed, and a large-scale system such as a tank for supplying an inert gas is unnecessary. In particular, according to the fourth embodiment, the abnormal state can be suppressed only by a relatively simple process of switching between opening and closing of the valve.

なお、本実施形態4の吸引処理と併用して、前記実施形態1における燃料ガスの充填や実施形態2における冷却水の充填、さらに実施形態3の蓋の閉鎖を行うことは好ましい。換気窓を備える場合にその換気窓を閉鎖してから内部のガスを吸引して酸素濃度を低減させ、高圧な燃料ガスを充填により酸素濃度をさらに低減させ、続いて冷却水充填により確実に異常状態抑制を達成することで、異常状態抑制システムをより確実なものとすることができるからである。   In addition, it is preferable to perform the filling of the fuel gas in the first embodiment, the filling of the cooling water in the second embodiment, and the closing of the lid in the third embodiment in combination with the suction process of the fourth embodiment. If a ventilation window is provided, the ventilation window is closed and then the internal gas is sucked to reduce the oxygen concentration, and the oxygen concentration is further reduced by filling with high-pressure fuel gas. This is because the abnormal state suppression system can be made more reliable by achieving the state suppression.

(その他の実施形態)
本発明は上記各実施形態に限定されることなく種々に変更して利用することができる。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above embodiments and can be used with various modifications.

例えば上記実施形態では、水素ガス、冷却水を流体としてケーシング内に充填させていたが他の流体を流し込んでも良い。例えば空気を酸素分離構造に通過させてケーシング内に供給するようにすれば、支燃性の酸素は除去され、空気の主成分である窒素がケーシング内部に充填されるので、酸素濃度を低減することができる。   For example, in the above embodiment, the casing is filled with hydrogen gas and cooling water as fluids, but other fluids may be poured. For example, if air is allowed to pass through the oxygen separation structure and supplied into the casing, the combustion-supporting oxygen is removed, and nitrogen, which is the main component of air, is filled inside the casing, thus reducing the oxygen concentration. be able to.

他の実施形態としては、実施形態4の蓋部材をスライド式に開閉するものとしてもよい。また連通部としては窓の代わりに、ケーシング17とその外部とを連通する連通管を設け、連通管上に開閉式の電磁弁を設けても良い。   As another embodiment, the lid member of the fourth embodiment may be opened and closed in a sliding manner. Further, as the communication portion, a communication pipe that communicates the casing 17 and the outside thereof may be provided instead of the window, and an open / close electromagnetic valve may be provided on the communication pipe.

また、上記燃料電池システムが、改質装置を有するシステムである場合、改質装置を含めたケーシングに本発明を適用してもよい。また、改質装置と燃料電池スタックとを別々のケーシングに収容して、それぞれのケーシングに上記実施形態で説明したような本発明の構造を適用することも可能である。   When the fuel cell system is a system having a reformer, the present invention may be applied to a casing including the reformer. It is also possible to accommodate the reformer and the fuel cell stack in separate casings and apply the structure of the present invention as described in the above embodiment to each casing.

本実施形態1に係る燃料電池スタックの構成図。1 is a configuration diagram of a fuel cell stack according to Embodiment 1. FIG. 本実施形態1に係る酸素低減方法を説明するフローチャート。3 is a flowchart for explaining an oxygen reduction method according to the first embodiment. 水素ガス濃度と異常状態性との関係を示す図。The figure which shows the relationship between hydrogen gas concentration and abnormal condition property. 本実施形態2に係る燃料電池スタックの構成図。FIG. 3 is a configuration diagram of a fuel cell stack according to Embodiment 2. 本実施形態2に係る酸素低減方法を説明するフローチャート。9 is a flowchart for explaining an oxygen reduction method according to the second embodiment. 本実施形態3に係る燃料電池スタックの構成図。FIG. 5 is a configuration diagram of a fuel cell stack according to Embodiment 3. 本実施形態3に係る酸素低減方法を説明するフローチャート。10 is a flowchart for explaining an oxygen reduction method according to the third embodiment. 本実施形態4に係る燃料電池スタックの構成図。FIG. 6 is a configuration diagram of a fuel cell stack according to Embodiment 4. 本実施形態4に係る酸素低減方法を説明するフローチャート。10 is a flowchart for explaining an oxygen reduction method according to the fourth embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

Sp…圧力センサ、St…温度センサ、Sh…水位センサ、Vh1〜Vh3…水素ガス遮断弁、Va1〜Va5…空気遮断弁、10…燃料電池スタック、11…収容部、12…コンプレッサ、13…水素ポンプ、14…熱交換器、15…冷却装置、17…換気窓、18…蓋部、19…モータ、20…制御部   Sp ... Pressure sensor, St ... Temperature sensor, Sh ... Water level sensor, Vh1-Vh3 ... Hydrogen gas shut-off valve, Va1-Va5 ... Air shut-off valve, 10 ... Fuel cell stack, 11 ... Housing, 12 ... Compressor, 13 ... Hydrogen Pump, 14 ... Heat exchanger, 15 ... Cooling device, 17 ... Ventilation window, 18 ... Lid, 19 ... Motor, 20 ... Controller

Claims (8)

燃料電池に流体が供給される燃料電池システムにおいて、
燃料電池を密封可能に収容する収容部と、
前記収容部内における異常を検出した場合に、前記収容部内部に前記流体を充填して当該収容部内部の酸素濃度を低減させる酸素濃度低減手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
In a fuel cell system in which fluid is supplied to the fuel cell,
An accommodating portion for enclosing the fuel cell in a sealable manner;
A fuel cell system comprising: oxygen concentration reducing means for reducing the oxygen concentration inside the housing portion by filling the fluid inside the housing portion when an abnormality is detected in the housing portion.
前記流体は燃料ガスである、請求項1に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein the fluid is a fuel gas. 前記流体は冷却水である、請求項1に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein the fluid is cooling water. 前記冷却水の温度を低減する手段を備え、
前記冷却水を前記収容部内部に充填する際に当該冷却水の温度を低減させる、請求項3に記載の燃料電池システム。
Means for reducing the temperature of the cooling water;
The fuel cell system according to claim 3, wherein a temperature of the cooling water is reduced when the cooling water is filled in the housing portion.
前記収容部とその外部とを連通する連通部と、
前記連通部を開閉する開閉部材とを備え、
前記酸素濃度低減手段は、異常を検出した場合に前記開閉部材を閉状態とする、請求項1に記載の燃料電池システム。
A communication portion for communicating the housing portion with the outside thereof;
An opening and closing member for opening and closing the communication portion,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the oxygen concentration reducing unit closes the opening / closing member when an abnormality is detected.
燃料電池を備える燃料電池システムにおいて、
燃料電池を密封可能に収容する収容部と、
前記収容部内の気体を排出する駆動手段と、
前記収容部内における異常を検出した場合に前記駆動手段を駆動させ、前記収容部内の気体を排出することにより当該収容部内の酸素濃度を低減させる酸素濃度低減手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
In a fuel cell system comprising a fuel cell,
An accommodating portion for enclosing the fuel cell in a sealable manner;
Driving means for discharging the gas in the housing part;
An oxygen concentration reducing unit that drives the driving unit when the abnormality in the housing unit is detected and discharges the gas in the housing unit to reduce the oxygen concentration in the housing unit. Battery system.
前記駆動手段が前記燃料電池のカソード極へ酸化ガスを供給するコンプレッサである、請求項6に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 6, wherein the driving means is a compressor that supplies an oxidizing gas to a cathode electrode of the fuel cell. 前記酸素濃度低減手段は、前記異常時に燃料ガス及び酸化ガスの供給を停止する、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 7, wherein the oxygen concentration reduction unit stops supply of fuel gas and oxidizing gas when the abnormality occurs.

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