JP2006080027A - Fuel cell system - Google Patents

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大輔 山▲崎▼
Tomotaka Ishikawa
智隆 石川
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    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system in which efficient scavenging treatment is carried out. <P>SOLUTION: The fuel cell system supplies an oxidizer gas to the oxygen electrode side of the fuel cell via a supplying passage of the oxidizer gas, and discharges an exhaust gas containing steam formed at the oxygen electrode side by operation of the fuel cell using the oxidizer gas. This fuel cell system is provided with: a circulation control means in which, via a passage for circulation connecting the supplying passage to the exhaust gas passage, the exhaust gas is circulated from the exhaust gas passage side to the circulating direction to the supplying passage side; a direction reversing means in which flow of a gas in the passage for circulation is reversed from the supplying passage side to the exhaust gas passage side direction; and a scavenging control means in which the flow of the gas is reversed at the prescribed operating timing of the fuel cell by using the direction reversing means, and in which the scavenging of the passage for the circulation is carried out. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、酸素極側から排出される排ガスを循環して使用する燃料電池システムに関し、詳しくは、酸化剤ガスの流れる経路内から水分を除去する掃気処理に関する。   The present invention relates to a fuel cell system that circulates and uses exhaust gas discharged from the oxygen electrode side, and more particularly, to a scavenging process for removing moisture from a path through which an oxidant gas flows.

酸化剤ガス(例えば、空気)と燃料ガス(例えば、水素)との電気化学反応を利用して発電する燃料電池システムでは、所定の発電効率を確保するため、燃料電池に供給される酸化剤ガスを加湿する必要がある。従来から、燃料電池システムでは、電気化学反応により酸素極側で生成された水蒸気を含んだ排ガスを、酸化剤ガスの供給側へ循環させる循環路を備えたシステムが採用されている(例えば、特許文献1参照)。   In a fuel cell system that generates electricity using an electrochemical reaction between an oxidant gas (for example, air) and a fuel gas (for example, hydrogen), the oxidant gas supplied to the fuel cell in order to ensure a predetermined power generation efficiency Need to be humidified. Conventionally, in a fuel cell system, a system including a circulation path that circulates exhaust gas containing water vapor generated on the oxygen electrode side by an electrochemical reaction to the supply side of the oxidant gas has been employed (for example, patents). Reference 1).

また、従来から、システムの運転停止時などに、燃料電池システム、特に燃料電池内や酸化剤ガスの排気管に残存する水分を除去する掃気処理の技術が開示されている(例えば、特許文献2参照)。こうした技術によれば、システムに残存する水分を除去できるとされている。   Conventionally, a scavenging treatment technique for removing moisture remaining in a fuel cell system, particularly in a fuel cell or in an exhaust pipe for an oxidant gas when the system is stopped has been disclosed (for example, Patent Document 2). reference). According to such a technique, it is said that moisture remaining in the system can be removed.

特表平8−500931号公報Japanese National Patent Publication No. 8-500931 特開平8−124588号公報JP-A-8-124588 特開2001−185181号公報JP 2001-185181 A 特開2003−115317号公報JP 2003-115317 A 特開平9−266002号公報JP-A-9-266002 特開2003−157875号公報JP 2003-157875 A

酸化剤ガスの循環路を備えた燃料電池システムでは、システムの運転により、燃料電池内や酸化剤ガスの排気管と共に、循環路内にも水分が溜まり、各種機器に影響を与えるという問題があった。例えば、外気温の低下により循環路内の水分が凍結し、循環路を閉塞してしまうことがあった。こうした循環路内に対する効率の良い掃気方法の開示はなく、循環路を含めたシステム全体の効率的な掃気処理が困難であった。   In a fuel cell system equipped with an oxidant gas circulation path, there is a problem that moisture accumulates in the circulation path along with the exhaust pipe of the oxidant gas inside the fuel cell and the oxidant gas due to the operation of the system. It was. For example, moisture in the circulation path may be frozen due to a decrease in the outside air temperature, and the circulation path may be blocked. There is no disclosure of an efficient scavenging method for the inside of the circulation path, and it is difficult to efficiently perform scavenging processing for the entire system including the circulation path.

本発明は、こうした問題を踏まえて、システム全体、特に循環路の効率的な掃気処理を実行する燃料電池システムを提供することを目的とする。   In view of these problems, an object of the present invention is to provide a fuel cell system that performs efficient scavenging processing of the entire system, particularly a circulation path.

本発明の燃料電池システムは、上記課題を鑑み、以下の手法を採った。すなわち、酸化剤ガスの供給経路を介して燃料電池の酸素極側に酸化剤ガスを供給し、該酸化剤ガスを用いた該燃料電池の運転により該酸素極側で生成される水蒸気を含む排ガスを排気経路を介して排気する燃料電池システムであって、前記供給経路と前記排気経路とを接続する循環用経路を介して、前記排気経路側から前記供給経路側への循環方向へ前記排ガスを循環する循環制御手段と、前記循環用経路内のガスの流れを前記供給経路側から前記排気経路側への方向に反転する方向反転手段と、前記燃料電池の所定の運転タイミングで、前記方向反転手段を用いて前記ガスの流れを反転し、前記循環用経路の掃気を行なう掃気制御手段とを備えたことを要旨としている。   In view of the above problems, the fuel cell system of the present invention employs the following method. That is, an exhaust gas containing water vapor generated on the oxygen electrode side by supplying the oxidant gas to the oxygen electrode side of the fuel cell through the supply path of the oxidant gas and operating the fuel cell using the oxidant gas A fuel cell system that exhausts the exhaust gas in a circulation direction from the exhaust path side to the supply path side via a circulation path that connects the supply path and the exhaust path. Circulating circulation control means, direction reversing means for reversing the gas flow in the circulation path from the supply path side to the exhaust path side, and the direction reversal at a predetermined operation timing of the fuel cell And a scavenging control means for reversing the gas flow using the means and scavenging the circulation path.

本発明の燃料電池システムによれば、循環用経路内のガスの流れを循環方向から反転し、ガスと共に、循環用経路内の水分を排気経路側へ排出する。したがって、例えば、供給経路,燃料電池,排気経路の順に流体を流し、排気経路を流れる流体を循環用経路に導いて循環方向に流すことで水分を除去する場合に比べ、速やかに循環用経路内の水分を除去することができる。その結果、循環用経路を備えた燃料電池システムにおいて、システム全体の効率的な掃気処理を実行することができる。   According to the fuel cell system of the present invention, the flow of the gas in the circulation path is reversed from the circulation direction, and the moisture in the circulation path is discharged to the exhaust path side together with the gas. Therefore, for example, compared with the case where moisture is removed by flowing the fluid in the order of the supply path, the fuel cell, and the exhaust path, and removing the moisture by guiding the fluid flowing through the exhaust path to the circulation path and flowing it in the circulation direction, Can remove moisture. As a result, an efficient scavenging process for the entire system can be executed in the fuel cell system having the circulation path.

上記の構成の燃料電池システムの方向反転手段は、前記排気経路と前記循環用経路との接続箇所よりも下流側の該排気経路上に設けられ、該循環用経路を流れる前記ガスを吸引する吸引手段であるものとしても良い。   The direction reversing means of the fuel cell system configured as described above is provided on the exhaust path downstream from the connection point between the exhaust path and the circulation path, and sucks the gas flowing through the circulation path It may be a means.

かかる燃料電池システムによれば、循環用経路内のガスを接続箇所より下流側の排気経路から吸引し、循環用経路内の循環方向の流れを反転してガスと共に水分を除去することで掃気処理を行なう。こうした吸引手段としては、例えば、ポンプ、ブロワ、ファンなどの流体機器を想定することができる。かかる掃気処理専用の機器を配置するため、掃気処理に適した機器を選定することができ、システム全体として効率的な掃気処理を行なうことができる。   According to such a fuel cell system, the scavenging process is performed by sucking the gas in the circulation path from the exhaust path downstream from the connection location, reversing the flow in the circulation direction in the circulation path, and removing moisture together with the gas. To do. As such suction means, for example, fluid devices such as a pump, a blower, and a fan can be assumed. Since a device dedicated to the scavenging process is arranged, a device suitable for the scavenging process can be selected, and the entire system can perform an efficient scavenging process.

上記の構成を有する燃料電池システムの循環制御手段は、前記循環用経路上に、前記循環方向へ流れる前記排ガスの流量を調整する流量調整弁を備え、前記掃気制御手段は、前記流量調整弁の開弁量を低減し、前記吸引手段を制御して前記ガスを吸引し、前記循環用経路内の掃気を行なうものとしても良い。   The circulation control means of the fuel cell system having the above configuration includes a flow rate adjustment valve that adjusts the flow rate of the exhaust gas flowing in the circulation direction on the circulation path, and the scavenging control means includes the flow rate adjustment valve. The amount of valve opening may be reduced, the gas may be sucked by controlling the suction means, and scavenging in the circulation path may be performed.

かかる燃料電池システムによれば、燃料電池の発電時には流量調整弁の開弁量を調整し、循環方向に流れる排ガスの流量を調整する。掃気処理を行なう時には、流量調整弁の開弁量を低減、あるいは、閉弁状態として、接続箇所より下流側の排気経路からガスを吸引する。この吸引によって、循環用経路内および排気経路内は負圧となり、特に排気経路内が負圧となることで燃料電池内の水分を吸引することが容易となる。なお、循環用経路の掃気の観点から、流量調整弁は循環用経路上の供給経路側の近傍に設けることが好ましいが、排気経路側の近傍であっても、流量調整弁内の排気経路側の流路を掃気することができる。   According to such a fuel cell system, when the fuel cell generates power, the valve opening amount of the flow rate adjustment valve is adjusted to adjust the flow rate of the exhaust gas flowing in the circulation direction. When performing the scavenging process, the opening amount of the flow rate adjustment valve is reduced or the valve is closed, and the gas is sucked from the exhaust path downstream from the connection location. By this suction, the inside of the circulation path and the inside of the exhaust path become negative pressure, and in particular, the inside of the exhaust path becomes negative pressure, thereby facilitating the suction of moisture in the fuel cell. From the viewpoint of scavenging the circulation path, the flow rate adjustment valve is preferably provided in the vicinity of the supply path side on the circulation path, but even in the vicinity of the exhaust path side, The flow path can be scavenged.

上記の構成を有する燃料電池システムの方向反転手段は、前記循環用経路上に設けられ、前記循環方向または反転方向に前記ガスを圧送する圧送手段であるものとしても良い。   The direction reversing means of the fuel cell system having the above-described configuration may be a pressure feeding means that is provided on the circulation path and pumps the gas in the circulation direction or the reversing direction.

かかる燃料電池システムによれば、循環用経路内のガスを反転方向に圧送し、圧送されるガスと共に水分を除去することで掃気を行なう。したがって、速やかに循環用経路の掃気処理を実行することができる。   According to such a fuel cell system, scavenging is performed by pumping the gas in the circulation path in the reverse direction and removing moisture together with the pumped gas. Therefore, the scavenging process for the circulation path can be executed promptly.

上記の構成を有する燃料電池システムは、更に、外部から酸化剤ガスを吸気し、前記供給経路を介して前記燃料電池に供給する供給部を備え、前記掃気制御手段は、前記圧送手段を用いた前記循環用経路の掃気に加え、前記供給部からの酸化剤ガスを、前記燃料電池を介して前記排気経路に流すことで酸化剤ガスの流れる経路の掃気を行なうものとしても良い。   The fuel cell system having the above configuration further includes a supply unit that sucks oxidant gas from the outside and supplies the oxidant gas to the fuel cell through the supply path, and the scavenging control means uses the pressure feeding means. In addition to scavenging of the circulation path, scavenging of the path through which the oxidant gas flows may be performed by flowing the oxidant gas from the supply unit to the exhaust path through the fuel cell.

かかる燃料電池システムによれば、反転方向に流体を流すことで循環用経路の掃気を速やかに行なうと共に、システムの供給部からの酸化剤ガスを利用して、酸化剤ガスの流れる経路の掃気を行なう。つまり、圧送手段により循環用経路の掃気を実行し、供給部により酸化剤ガスの経路、例えば、供給経路や排気経路などの掃気を実行する。したがって、効率的にシステム全体の掃気処理を行なうことができる。   According to such a fuel cell system, the circulation path is quickly purged by flowing a fluid in the reverse direction, and the oxidant gas flow path is scavenged using the oxidant gas from the system supply unit. Do. That is, scavenging of the circulation path is performed by the pressure feeding means, and scavenging of the oxidant gas path, for example, the supply path and the exhaust path, is performed by the supply unit. Therefore, the scavenging process for the entire system can be performed efficiently.

上記の構成を有する燃料電池システムにおいて、更に、外部から酸化剤ガスを吸気し、前記供給経路を介して前記燃料電池に供給する供給部を備え、前記循環制御手段は、前記循環用経路上に、前記循環方向へ流れる前記排ガスの流量を調整する流量調整弁を備え、前記方向反転手段は、前記流量調整弁よりも前記排気経路側である前記循環用経路上に、前記供給部から前記燃料電池へ向かう酸化剤ガスの一部または全部を送り込む経路を形成する掃気用経路と、該掃気用経路を開閉する掃気バルブとからなり、前記掃気制御手段は、前記流量調整弁の開弁量を低減し、前記掃気バルブを開弁して前記酸化剤ガスを前記循環用経路に送り込み、該循環用経路の掃気を行なうものとすることができる。   In the fuel cell system having the above-described configuration, the fuel cell system further includes a supply unit that sucks oxidant gas from the outside and supplies the oxidant gas to the fuel cell through the supply path. A flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate of the exhaust gas flowing in the circulation direction, wherein the direction reversing means is disposed on the circulation path, which is closer to the exhaust path than the flow rate adjusting valve, from the supply unit to the fuel. A scavenging path that forms a path for sending part or all of the oxidant gas toward the battery, and a scavenging valve that opens and closes the scavenging path, wherein the scavenging control means controls the valve opening amount of the flow regulating valve. And the scavenging valve is opened to feed the oxidant gas into the circulation path, thereby scavenging the circulation path.

かかる燃料電池システムによれば、掃気バルブを開弁することで、システムの供給部からの酸化剤ガスの一部または全部を循環用経路へ送り込む。つまり、供給部を利用して、反転方向に流体を流して循環用経路の掃気を行なう。例えば、酸化剤ガスの供給部としてエアコンプレッサなどを備えたシステムにおいては、既存の機器を利用して比較的簡易なシステム構成で掃気処理を行なうことができる。   According to such a fuel cell system, by opening the scavenging valve, part or all of the oxidant gas from the supply part of the system is sent to the circulation path. That is, using the supply unit, the fluid is flowed in the reverse direction to scavenge the circulation path. For example, in a system equipped with an air compressor or the like as an oxidant gas supply unit, scavenging processing can be performed with a relatively simple system configuration using existing equipment.

上記の構成を有する燃料電池システムの所定の運転タイミングは、少なくとも、前記燃料電池の発電開始前、発電停止後、該燃料電池の間欠運転における停止中の所定のタイミングのいずれかであるものとすることができる。   The predetermined operation timing of the fuel cell system having the above-described configuration is at least one of the predetermined timings during the stop of the intermittent operation of the fuel cell before the start of power generation of the fuel cell, after the power generation is stopped. be able to.

かかる燃料電池システムによれば、燃料電池の発電開始前、発電停止後、該燃料電池の間欠運転における停止中のいずれかのタイミングで掃気処理を実行する。いずれのタイミングで掃気処理を実行しても、燃料電池、各経路等に発生した生成水や滞留した水分を排除することができる。こうしたタイミングを組み合わせて、掃気処理を実行するものとしても良い。   According to such a fuel cell system, the scavenging process is executed at any timing before the start of power generation of the fuel cell, after the stop of power generation, and during the stop of the intermittent operation of the fuel cell. Even if the scavenging process is executed at any timing, the generated water and the accumulated water generated in the fuel cell, each path, and the like can be excluded. The scavenging process may be executed by combining these timings.

本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A.第1実施例:
A−1.システム構成:
A−2.掃気処理:
B.第2実施例:
B−1.システム構成:
B−2.掃気処理:
B−3.希釈処理:
C.第3実施例:
C−1.システム構成:
C−2.掃気処理:
D.変形例:
Embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
A-1. System configuration:
A-2. Scavenging treatment:
B. Second embodiment:
B-1. System configuration:
B-2. Scavenging treatment:
B-3. Dilution process:
C. Third embodiment:
C-1. System configuration:
C-2. Scavenging treatment:
D. Variations:

A.第1実施例:
A−1.システム構成:
図1は、本発明の第1実施例としての燃料電池システムの概略構成図である。このシステムは、水素と酸素の電気化学反応により発電する燃料電池スタック20を備えた燃料電池システム10であり、燃料電池スタック20による発電力を動力とする車両に搭載されている。
A. First embodiment:
A-1. System configuration:
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system as a first embodiment of the present invention. This system is a fuel cell system 10 including a fuel cell stack 20 that generates electric power through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and is mounted on a vehicle powered by the power generated by the fuel cell stack 20.

図示するように、燃料電池システム10は、主に、燃料電池スタック20,反応に用いる水素として水素ガスを供給する水素系統30,反応に用いる酸素として空気を圧縮して供給するエアコンプレッサ48を中心とした空気系統40,燃料電池スタック20を冷却する冷却水を供給する冷却系統70,反応後の排ガスを排出する排気系統80,出力系統90,制御ユニット100などから構成されている。   As shown in the figure, the fuel cell system 10 mainly includes a fuel cell stack 20, a hydrogen system 30 that supplies hydrogen gas as hydrogen used in the reaction, and an air compressor 48 that compresses and supplies air as oxygen used in the reaction. The air system 40, the cooling system 70 for supplying the cooling water for cooling the fuel cell stack 20, the exhaust system 80 for discharging the exhaust gas after the reaction, the output system 90, the control unit 100, and the like.

燃料電池スタック20は、水素極,電解質膜,酸素極,セパレータなどを備えた単セル21を複数枚有し、この複数枚の単セル21を積層し、両端からエンドプレート28,29で挟み込んで形成されている。エンドプレート28は、燃料電池スタック20内部に水素ガスや空気といった反応ガスや冷却水を供給する複数の入口ポートと、これらを外部へ排出する複数の出口ポートとを備え、これらのポートは、燃料電池スタック20内部で各単セル21と接続されている。すなわち、外部から供給される反応ガスや冷却水は、エンドプレート28の複数の入口ポートを介して、各単セル21に適切に供給される。   The fuel cell stack 20 includes a plurality of unit cells 21 each including a hydrogen electrode, an electrolyte membrane, an oxygen electrode, a separator, and the like. The plurality of unit cells 21 are stacked and sandwiched between end plates 28 and 29 from both ends. Is formed. The end plate 28 includes a plurality of inlet ports for supplying a reaction gas such as hydrogen gas or air and cooling water into the fuel cell stack 20 and a plurality of outlet ports for discharging them to the outside. Each unit cell 21 is connected inside the battery stack 20. That is, the reaction gas and cooling water supplied from the outside are appropriately supplied to each single cell 21 via the plurality of inlet ports of the end plate 28.

単セル21のセパレータには、反応ガスの流路と、冷却水の流路とが設けてあり、エンドプレート28を介して供給された反応ガス,冷却水は、この流路を介して単セル21内に行き届く。各単セル21は、供給された反応ガスの電気化学反応により発電する。燃料電池スタック20は、こうした単セル21を複数直列に接続することで、高い電圧を得ている。なお、本実施例では、電解質膜に固体高分子膜であるナフィオン(登録商標)を使用している。こうした電解質膜は、湿潤状態で良好に作用する。   The separator of the single cell 21 is provided with a reaction gas flow path and a cooling water flow path, and the reaction gas and cooling water supplied via the end plate 28 pass through the flow path through the single cell. It reaches within 21. Each single cell 21 generates power by an electrochemical reaction of the supplied reaction gas. The fuel cell stack 20 obtains a high voltage by connecting a plurality of such single cells 21 in series. In this embodiment, Nafion (registered trademark), which is a solid polymer film, is used for the electrolyte membrane. Such an electrolyte membrane works well in a wet state.

水素系統30は、主に、水素タンク31,水素供給経路32,水素循環経路33,水素排出経路35等から構成されている。水素供給経路32は、高圧の水素ガスを貯留する水素タンク31とエンドプレート28の入口ポートとを接続する配管と、この配管上に設けられた図示しないバルブなどを備えている。水素タンク31からの高圧の水素ガスは、配管上の図示しないバルブにより減圧され、入口ポート(つまり、燃料電池スタック20)に供給され、電気化学反応に使用される。   The hydrogen system 30 mainly includes a hydrogen tank 31, a hydrogen supply path 32, a hydrogen circulation path 33, a hydrogen discharge path 35, and the like. The hydrogen supply path 32 includes a pipe that connects the hydrogen tank 31 that stores high-pressure hydrogen gas and the inlet port of the end plate 28, a valve (not shown) provided on the pipe, and the like. The high-pressure hydrogen gas from the hydrogen tank 31 is depressurized by a valve (not shown) on the pipe, supplied to the inlet port (that is, the fuel cell stack 20), and used for the electrochemical reaction.

水素循環経路33は、エンドプレート28の出口ポートと水素供給経路32の配管とを接続する配管と、この配管上に設けられた循環ポンプ34などを備えている。燃料電池スタック20内で反応に使用された後の排ガスは、燃料電池スタック20から水素循環経路33の配管に流入し、循環ポンプ34によって水素供給経路32に供給される。こうした循環を行なうことで、電気化学反応に使用されずに排出された水素ガスを有効に利用している。   The hydrogen circulation path 33 includes a pipe connecting the outlet port of the end plate 28 and the pipe of the hydrogen supply path 32, a circulation pump 34 provided on the pipe, and the like. The exhaust gas after being used for the reaction in the fuel cell stack 20 flows into the piping of the hydrogen circulation path 33 from the fuel cell stack 20 and is supplied to the hydrogen supply path 32 by the circulation pump 34. By performing such circulation, hydrogen gas discharged without being used in the electrochemical reaction is effectively used.

水素排出経路35は、水素循環経路33の配管と排気系統80の希釈器82とを接続する配管と、この配管により形成される経路の開閉を行なう開閉バルブ36などを備えている。循環ポンプ34により水素供給経路32へ押し出される排ガスの一部(つまり、循環過程の水素ガスの一部)は、開閉バルブ36の開弁タイミングで、希釈器82へ流れ、希釈の後に排出される。なお、燃料電池スタック20への水素ガスは、水素タンク31からの供給に代えて、例えば、メタン、メタノール等を改質して水素を生成し、これを供給するものとしても良い。   The hydrogen discharge path 35 includes a pipe connecting the pipe of the hydrogen circulation path 33 and the diluter 82 of the exhaust system 80, an opening / closing valve 36 for opening and closing the path formed by the pipe. Part of the exhaust gas pushed out to the hydrogen supply path 32 by the circulation pump 34 (that is, part of the hydrogen gas in the circulation process) flows to the diluter 82 at the opening timing of the opening / closing valve 36 and is discharged after dilution. . Note that the hydrogen gas to the fuel cell stack 20 may be generated by reforming methane, methanol, or the like to supply hydrogen instead of supplying from the hydrogen tank 31.

空気系統40は、主に、空気供給経路45,空気排出経路50,空気循環経路60の3つの経路から構成されている。   The air system 40 is mainly composed of three paths: an air supply path 45, an air discharge path 50, and an air circulation path 60.

空気供給経路45は、一端を開口端として、他端をエンドプレート28の入口ポートと接続する配管と、この配管上に設けられたエアクリーナ46,エアフロメータ47,エアコンプレッサ48,インタークーラ49などとを備えている。   The air supply path 45 has an opening at one end and a pipe connecting the other end to the inlet port of the end plate 28, an air cleaner 46, an air flow meter 47, an air compressor 48, an intercooler 49, etc. provided on the pipe. It has.

エアコンプレッサ48の駆動により外部から取り込んだ空気は、エアクリーナ46で浄化され、エアフロメータ47を経て、エアコンプレッサ48で圧縮後、インタークーラ49により冷却されて燃料電池スタック20へ供給される。エアフロメータ47は、外部から吸入される空気の流量を検出する。この空気の流量は、燃料電池スタック20の運転を制御する制御ユニット100に出力され、エアコンプレッサ48の制御に利用されている。   The air taken in from the outside by driving the air compressor 48 is purified by the air cleaner 46, passes through the air flow meter 47, is compressed by the air compressor 48, is cooled by the intercooler 49, and is supplied to the fuel cell stack 20. The air flow meter 47 detects the flow rate of air sucked from the outside. This air flow rate is output to the control unit 100 that controls the operation of the fuel cell stack 20 and is used to control the air compressor 48.

エアコンプレッサ48は、モータを駆動源としており、モータの回転数に応じた空気を吸気する。この吸気により、エアコンプレッサ48上流の空気供給経路45の配管内の圧力は負圧となる。   The air compressor 48 uses a motor as a drive source, and sucks air corresponding to the number of rotations of the motor. Due to this intake air, the pressure in the piping of the air supply path 45 upstream of the air compressor 48 becomes negative.

空気排出経路50は、エンドプレート28の出口ポートと排気系統80の希釈器82とを接続する配管と、この配管上に設けられた温度センサ56,圧力センサ57,調圧弁51,圧力センサ58,ブロワ55などとを備えている。   The air discharge path 50 includes a pipe connecting the outlet port of the end plate 28 and the diluter 82 of the exhaust system 80, and a temperature sensor 56, a pressure sensor 57, a pressure regulating valve 51, a pressure sensor 58, a pressure sensor 58 provided on the pipe. And a blower 55 and the like.

燃料電池スタック20から排出された排ガスは、調圧弁51,ブロワ55を経て、希釈器82に供給され、排気系統80のマフラ81を経て外部へ排出される。調圧弁51は、内部の弁の進退動作によりバルブ開度を調整可能であり、制御ユニット100によるバルブ開度の調整によって、燃料電池スタック20に供給する空気の圧力を調整している。なお、こうしたバルブ開度の制御は、弁の駆動用モータの回転角を制御することで行なわれている。   The exhaust gas discharged from the fuel cell stack 20 is supplied to the diluter 82 through the pressure regulating valve 51 and the blower 55, and is discharged to the outside through the muffler 81 of the exhaust system 80. The pressure regulating valve 51 can adjust the valve opening degree by the advance / retreat operation of the internal valve, and adjusts the pressure of the air supplied to the fuel cell stack 20 by adjusting the valve opening degree by the control unit 100. Such valve opening degree control is performed by controlling the rotation angle of a valve driving motor.

ブロワ55は、モータを駆動原としており、モータの回転数に応じて、主に空気排出経路50内の排ガスを吸引することができる。このブロワ55は、燃料電池スタック20内の電気化学反応によって酸素極側で発生し、空気系統40の各種配管内に滞留した水分を除去する掃気処理に利用される。この掃気処理については、後に詳しく説明する。   The blower 55 uses a motor as a driving source, and can mainly suck exhaust gas in the air discharge path 50 according to the number of rotations of the motor. The blower 55 is used for a scavenging process for removing moisture generated in the oxygen electrode side by an electrochemical reaction in the fuel cell stack 20 and staying in various pipes of the air system 40. This scavenging process will be described in detail later.

なお、温度センサ56,圧力センサ57,58は、空気排出経路50を流れる排ガスとしての空気の温度、圧力をそれぞれ検出し、制御ユニット100に検出値を出力している。こうした検出値は、各種バルブなどの制御に利用されている。   The temperature sensor 56 and the pressure sensors 57 and 58 detect the temperature and pressure of the air as the exhaust gas flowing through the air discharge path 50, and output detection values to the control unit 100. Such detection values are used for controlling various valves.

空気循環経路60は、調圧弁51とブロワ55との間の空気排出経路50の配管と、エアフロメータ47とエアコンプレッサ48との間の空気供給経路45の配管とを接続する配管と、この配管上に設けられた循環バルブ65などとを備えている。燃料電池スタック20から排出された排ガスは、空気排出経路50の調圧弁51を経て、排気系統80へ流出すると共に、その一部または全部は、空気循環経路60に流入する。   The air circulation path 60 is a pipe that connects a pipe of the air discharge path 50 between the pressure regulating valve 51 and the blower 55 and a pipe of the air supply path 45 between the air flow meter 47 and the air compressor 48, and this pipe. And a circulation valve 65 provided on the top. The exhaust gas discharged from the fuel cell stack 20 flows into the exhaust system 80 through the pressure regulating valve 51 in the air discharge path 50, and part or all of it flows into the air circulation path 60.

循環バルブ65は、制御ユニット100によるバルブ開度の調整により、所定の流量の空気を空気供給経路45に供給している。この所定流量の空気は、電気化学反応による水蒸気を含んで湿潤状態である空気(換言すると加湿された空気)である。したがって、この燃料電池システム10では、空気を加湿する加湿モジュールを設けることなく、電解質膜に必要な加湿量を確保している。つまり、循環バルブ65を直接制御して、空気の循環流量を調整することで、燃料電池スタック20に供給される空気の加湿量の制御を行なっている。   The circulation valve 65 supplies air at a predetermined flow rate to the air supply path 45 by adjusting the valve opening degree by the control unit 100. The air having the predetermined flow rate is air that is in a wet state including water vapor caused by an electrochemical reaction (in other words, humidified air). Therefore, in the fuel cell system 10, a humidification amount necessary for the electrolyte membrane is ensured without providing a humidification module for humidifying the air. That is, the humidification amount of the air supplied to the fuel cell stack 20 is controlled by directly controlling the circulation valve 65 and adjusting the circulation flow rate of the air.

冷却系統70は、ラジエータ71,ポンプ72とこれらを接続する配管等とから構成されている。燃料電池スタック20内部での電気化学反応は、発熱反応であるため、内部の温度は上昇する。この温度上昇を抑えるために燃料電池スタック20に流入する冷却水は、ラジエータ71にて冷却され、ポンプ72により循環される。   The cooling system 70 includes a radiator 71, a pump 72, piping that connects them, and the like. Since the electrochemical reaction inside the fuel cell stack 20 is an exothermic reaction, the internal temperature rises. In order to suppress this temperature increase, the cooling water flowing into the fuel cell stack 20 is cooled by the radiator 71 and circulated by the pump 72.

排気系統80は、希釈器82,マフラ81とこれらを接続する配管や、水素濃度センサ83等を備え、燃料電池スタック20から排出される排ガスを燃料電池システム10の外部へ排出している。上述の水素系統30および空気系統40からの排ガスは、希釈器82に導かれる。希釈器82では、水素系統30からの排ガスに含まれる水素ガスを空気で十分に薄め、これをマフラ81を介して外部へ排出する。こうした水素ガスの希釈は、ブロワ55を用いて希釈器82内に取り込む空気の流量を制御することで行なわれている。   The exhaust system 80 includes a diluter 82, a muffler 81, piping connecting them, a hydrogen concentration sensor 83, and the like, and exhausts exhaust gas discharged from the fuel cell stack 20 to the outside of the fuel cell system 10. The exhaust gas from the hydrogen system 30 and the air system 40 described above is guided to the diluter 82. In the diluter 82, the hydrogen gas contained in the exhaust gas from the hydrogen system 30 is sufficiently diluted with air and discharged to the outside through the muffler 81. Such dilution of hydrogen gas is performed by controlling the flow rate of air taken into the diluter 82 using the blower 55.

出力系統90は、インバータ91、車両の走行モータ92、DC/DCコンバータ93、二次電池94等から構成されている。燃料電池スタック20に供給された水素ガスと空気との電気化学反応による電力は、インバータ91を介して車両の走行モータ92の駆動に使用され、例えば、定常走行時や減速時などに発生する余剰分はDC/DCコンバータ93を介して二次電池94に蓄電される。   The output system 90 includes an inverter 91, a vehicle travel motor 92, a DC / DC converter 93, a secondary battery 94, and the like. The electric power generated by the electrochemical reaction between the hydrogen gas and the air supplied to the fuel cell stack 20 is used to drive the vehicle travel motor 92 via the inverter 91. For example, surplus generated during steady travel or deceleration. The amount is stored in the secondary battery 94 via the DC / DC converter 93.

制御ユニット100は、こうした機器から構成される燃料電池システム10の各種バルブやモータ、ポンプなどのアクチュエータを制御している。具体的には、圧力センサ57,58,温度センサ56,エアフロメータ47,水素濃度センサ83や、図示しないアクセルポジションセンサ,車速センサ等の各種センサからの圧力P1,P2、温度T、空気流量q、水素濃度S、アクセル開度θ、車速V等を入力し、要求される出力(電力)を算出し、エアコンプレッサ48,調圧弁51,循環バルブ65,ブロワ55,循環ポンプ34,ポンプ72等を制御して燃料電池システム10を運転する。   The control unit 100 controls actuators such as various valves, motors, and pumps of the fuel cell system 10 composed of such devices. Specifically, pressures P1, P2, temperature T, air flow rate q from various sensors such as pressure sensors 57, 58, temperature sensor 56, air flow meter 47, hydrogen concentration sensor 83, accelerator position sensor, vehicle speed sensor not shown. , Hydrogen concentration S, accelerator opening θ, vehicle speed V, etc. are input, and the required output (electric power) is calculated, air compressor 48, pressure regulating valve 51, circulation valve 65, blower 55, circulation pump 34, pump 72, etc. Is controlled to operate the fuel cell system 10.

特に、上述のように加湿モジュールを設けていない本燃料電池システム10においては、制御ユニット100は、必要な加湿量の制御を行なっている。具体的には、燃料電池スタック20の電流、電圧値などの出力(図示なし),温度センサ56からの温度T,エアフロメータ47からの流量q,エアコンプレッサ48のモータ回転数からの吸入量などの検出値と、予め設定された水分量のマップとから加湿量を算定し、算定された水分量に基づいて必要な加湿量に相当する排ガスの循環流量を決定し、循環バルブ65のバルブ開度を決定している。例えば、要求量に対して加湿量が少ないと判断した時には、循環バルブ65のバルブ開度を増加し、加湿量が多いと判断した時には、循環バルブ65のバルブ開度を減少する制御を行なっている。   In particular, in the present fuel cell system 10 in which no humidification module is provided as described above, the control unit 100 controls the required humidification amount. Specifically, the output of the current and voltage values of the fuel cell stack 20 (not shown), the temperature T from the temperature sensor 56, the flow rate q from the air flow meter 47, the intake amount from the motor speed of the air compressor 48, etc. The humidification amount is calculated from the detected value and the predetermined moisture amount map, and the circulation flow rate of the exhaust gas corresponding to the required humidification amount is determined based on the calculated moisture amount, and the valve of the circulation valve 65 is opened. The degree is determined. For example, when it is determined that the humidification amount is small with respect to the required amount, the valve opening degree of the circulation valve 65 is increased, and when it is determined that the humidification amount is large, the valve opening degree of the circulation valve 65 is decreased. Yes.

以上、説明した構成において、空気供給経路45の配管は特許請求の範囲の「供給経路」に、空気排出経路50の配管は「排気経路」に、空気循環経路60の配管は「循環用経路」に、それぞれ該当する。なお、本実施例では、各種機器を配管で接続する構成について説明するが、ダクトなどにより機器を接続するものとしても良い。   In the configuration described above, the piping of the air supply path 45 is the “supply path” in the claims, the piping of the air discharge path 50 is the “exhaust path”, and the piping of the air circulation path 60 is the “circulation path”. Respectively. In this embodiment, a configuration in which various devices are connected by piping will be described, but the devices may be connected by a duct or the like.

こうした燃料電池システム10では、システムの運転により生成水が発生し、燃料電池スタック20内部と共に、空気系統40の各種配管内、特に、空気排出経路50や空気循環経路60の配管内に水分が付着し、滞留する。以下、こうした滞留する水分を除去する掃気処理について説明する。   In such a fuel cell system 10, generated water is generated by the operation of the system, and moisture adheres to the inside of the fuel cell stack 20 and various pipes of the air system 40, in particular, the pipes of the air discharge path 50 and the air circulation path 60. And stay. Hereinafter, the scavenging process for removing the staying water will be described.

A−2.掃気処理:
図2は、第1実施例の燃料電池システム10における掃気処理のフローチャートである。この処理は、燃料電池スタック20の発電停止後のタイミングで、制御ユニット100にて実行される。
A-2. Scavenging treatment:
FIG. 2 is a flowchart of the scavenging process in the fuel cell system 10 of the first embodiment. This process is executed by the control unit 100 at a timing after the power generation of the fuel cell stack 20 is stopped.

処理が開始されると、制御ユニット100は、調圧弁51に開弁を、循環バルブ65に閉弁を、それぞれ指令する(ステップS200)。こうした指令を受けて、調圧弁51は全開、循環バルブ65は全閉状態となる。なお、発電停止後のタイミングであるため、エアコンプレッサ48は停止状態である。   When the process is started, the control unit 100 instructs the pressure regulating valve 51 to open and the circulation valve 65 to close (step S200). In response to such a command, the pressure regulating valve 51 is fully opened and the circulation valve 65 is fully closed. Note that the air compressor 48 is in a stopped state because it is the timing after the power generation is stopped.

制御ユニット100は、バルブへの指令と共に、ブロワ55のモータに始動の指令を出力する(ステップS210)。指令を受けたブロワ55は、モータを回転して空気の吸引を始める。ブロワ55は、空気排出経路50と空気循環経路60との合流点よりも下流に配置されているため、空気排出経路50内のみならず、空気循環経路60内の空気を吸引する。この吸引動作により、空気循環経路60内を空気が循環方向とは逆方向に流れ、空気循環経路60に滞留した水分を除去している。   The control unit 100 outputs a start command to the motor of the blower 55 together with a command to the valve (step S210). The blower 55 that has received the command rotates the motor and starts sucking air. Since the blower 55 is disposed downstream of the joining point of the air discharge path 50 and the air circulation path 60, the blower 55 sucks not only the air in the air discharge path 50 but also the air in the air circulation path 60. By this suction operation, air flows in the air circulation path 60 in the direction opposite to the circulation direction, and moisture remaining in the air circulation path 60 is removed.

ブロワ55による吸引動作の過程において、循環バルブ65は閉弁しているため、外部からエアクリーナ46,エアフロメータ47を介して新たに空気が流入することはない。ブロワ55は、空気循環経路60および空気排出経路50内から所定量の空気,水分を吸引すると、開弁した調圧弁51を介して、燃料電池スタック20内部の空気,水分を吸引し、最終的には、空気供給経路45の空気,水分を吸引する。   In the course of the suction operation by the blower 55, the circulation valve 65 is closed, so that no new air flows from the outside via the air cleaner 46 and the air flow meter 47. When a predetermined amount of air and moisture is sucked from the air circulation path 60 and the air discharge path 50, the blower 55 sucks the air and moisture inside the fuel cell stack 20 through the opened pressure regulating valve 51, and finally The air and moisture in the air supply path 45 are sucked.

続いて、制御ユニット100は、ブロワ55による吸引動作を実行する所定時間が経過したか否かを判断する(ステップS220)。具体的には、ブロワ55の始動と共に、経過時間をカウントし、予め設定した時間と比較している。   Subsequently, the control unit 100 determines whether or not a predetermined time for executing the suction operation by the blower 55 has elapsed (step S220). Specifically, with the start of the blower 55, the elapsed time is counted and compared with a preset time.

ステップS220で、設定した時間を経過していない(No)と判断した場合には、所定のタイミングで、この判断処理を繰り返す。なお、所定のタイミング毎にブロワ55の駆動量を変更する処理を行なうものとしても良い。   If it is determined in step S220 that the set time has not elapsed (No), this determination process is repeated at a predetermined timing. In addition, it is good also as what performs the process which changes the drive amount of the blower 55 for every predetermined timing.

他方、ステップS220で、設定した時間を経過した(Yes)と判断した場合には、ブロワ55のモータに停止の指令を出力し(ステップS230)、掃気処理を終了する。この指令を受けたブロワ55は吸引動作を停止する。   On the other hand, if it is determined in step S220 that the set time has elapsed (Yes), a stop command is output to the motor of the blower 55 (step S230), and the scavenging process is terminated. Upon receiving this command, the blower 55 stops the suction operation.

以上、第1実施例の燃料電池システム10における掃気処理によれば、空気排出経路50と空気循環経路60との合流点よりも下流側に設けたブロワ55の吸引動作によって、空気循環経路60内の空気、水分は、経路内を逆方向に流れる。逆方向に流れた空気、水分は、燃料電池スタック20を通過することなく、空気排出経路50から外部へ排出される。こうした掃気処理を実行することで、例えば、エアコンプレッサ48の駆動により空気を循環させて空気循環経路60内を掃気する場合に比べ、速やかに空気循環経路60内の掃気を行なうことができる。その結果、空気循環経路60、循環バルブ65等に滞留した水分を除去し、例えばシステム停止中の外気温の低下による凍結等を防ぐことができる。   As described above, according to the scavenging process in the fuel cell system 10 of the first embodiment, the suction operation of the blower 55 provided on the downstream side of the confluence of the air discharge path 50 and the air circulation path 60 causes the inside of the air circulation path 60. Air and moisture flow in the opposite direction in the path. The air and moisture that flow in the reverse direction are discharged from the air discharge path 50 to the outside without passing through the fuel cell stack 20. By executing such a scavenging process, for example, scavenging in the air circulation path 60 can be performed more quickly than in the case where air is circulated by driving the air compressor 48 to scavenge the air circulation path 60. As a result, moisture remaining in the air circulation path 60, the circulation valve 65, and the like can be removed, and freezing due to a decrease in the outside air temperature while the system is stopped can be prevented.

また、合流点よりも下流側から吸引を行なうことで、空気排出経路50内の掃気も実行することができる。さらに、ブロワ55による吸引動作中に循環バルブ65を閉弁するため、空気排出経路50内は負圧になり易く、燃料電池スタック20内の水分も容易に排出することができる。   Moreover, scavenging in the air discharge path 50 can also be performed by performing suction from the downstream side of the junction. Furthermore, since the circulation valve 65 is closed during the suction operation by the blower 55, the air discharge path 50 is likely to have a negative pressure, and the water in the fuel cell stack 20 can be easily discharged.

こうしたブロワ55を備えない一般的な燃料電池システムでは、エアコンプレッサ48の機能を掃気処理に兼用することが考えられる。この場合、エアコンプレッサ48を効率の低い領域で駆動させる必要があり、システムの消費電力が増大する。これに対し、第1実施例の燃料電池システム10では、掃気専用のブロワ55を新たに備えているため、エアコンプレッサ48を効率の悪い領域で駆動させる必要がなく、全体として消費電力を低減したシステムを構築することができる。   In a general fuel cell system that does not include such a blower 55, it can be considered that the function of the air compressor 48 is also used for scavenging processing. In this case, it is necessary to drive the air compressor 48 in a low efficiency region, and the power consumption of the system increases. In contrast, in the fuel cell system 10 of the first embodiment, since the blower 55 dedicated to scavenging is newly provided, it is not necessary to drive the air compressor 48 in an inefficient area, and the power consumption is reduced as a whole. A system can be constructed.

なお、こうした掃気処理は、燃料電池システム10の起動時(発電開始前)に実行するものとしても良い。図3は、起動時の掃気処理における各アクチュエータの動作タイミングを示したタイミング図である。図示するように、燃料電池システム10の停止期間中は、ブロワ55,エアコンプレッサ48は停止し、調圧弁51,循環バルブ65は開弁状態にある。   Such scavenging processing may be executed when the fuel cell system 10 is started (before power generation is started). FIG. 3 is a timing chart showing the operation timing of each actuator in the scavenging process at startup. As shown in the figure, during the stop period of the fuel cell system 10, the blower 55 and the air compressor 48 are stopped, and the pressure regulating valve 51 and the circulation valve 65 are in an open state.

制御ユニット100は、燃料電池システム10を起動するタイミングで、循環バルブ65を閉弁してブロワ55を所定時間駆動し、掃気処理を行なう。この場合、調圧弁51は全開状態のままである。掃気処理を終了すると共に、ブロワ55を停止し、燃料電池スタック20による発電を開始する。制御ユニット100は、エアコンプレッサ48を駆動し、調圧弁51、循環バルブ65を所定量開弁する。こうして燃料電池システム10は、運転条件に応じた電力を出力する。   The control unit 100 closes the circulation valve 65 and drives the blower 55 for a predetermined time at the timing of starting the fuel cell system 10 to perform a scavenging process. In this case, the pressure regulating valve 51 remains fully open. While the scavenging process is finished, the blower 55 is stopped and the power generation by the fuel cell stack 20 is started. The control unit 100 drives the air compressor 48 and opens the pressure regulating valve 51 and the circulation valve 65 by a predetermined amount. Thus, the fuel cell system 10 outputs electric power according to the operating conditions.

こうしたタイミングで各アクチュエータの動作を制御することで、発電開始前に掃気処理を実行することができ、燃料電池システム10の性能の低下を抑制することができる。勿論、燃料電池システム10の起動時のみに限らず、燃料電池スタック20からの発電の間欠時に、掃気処理を実行するものとしても良い。   By controlling the operation of each actuator at such timing, the scavenging process can be executed before the start of power generation, and the performance degradation of the fuel cell system 10 can be suppressed. Of course, the scavenging process may be executed not only when the fuel cell system 10 is started, but also when power generation from the fuel cell stack 20 is intermittent.

B.第2実施例:
B−1.システム構成:
図4は、本発明の第2実施例としての燃料電池システムの概略構成図である。図示するように、この燃料電池システム12は、主に、燃料電池スタック20,水素系統30,空気系統41,冷却系統70,排気系統80,出力系統90,制御ユニット100などから構成されている。この燃料電池システム12は、第1実施例の燃料電池システム10とは、空気系統41の機器の構成のみが異なる。したがって、空気系統41以外の部分については、第1実施例と符号を同一とし、説明を省略する。
B. Second embodiment:
B-1. System configuration:
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system as a second embodiment of the present invention. As shown in the figure, the fuel cell system 12 mainly includes a fuel cell stack 20, a hydrogen system 30, an air system 41, a cooling system 70, an exhaust system 80, an output system 90, a control unit 100, and the like. This fuel cell system 12 differs from the fuel cell system 10 of the first embodiment only in the configuration of the devices of the air system 41. Therefore, parts other than the air system 41 are the same as those in the first embodiment, and a description thereof is omitted.

燃料電池システム12における空気系統41は、第1実施例と同様、空気供給経路45,空気排出経路50,空気循環経路60の3つの経路から構成されている。このうち、空気循環経路60上には、第1実施例の循環バルブ65に代えてブロワ110が配置されている。このブロワ110は、空気循環経路60内の空気を、空気排出経路50側から空気供給経路45側への循環方向や、逆方向(すなわち、双方向)に流すことができる。つまり、ブロワ110は、加湿空気を循環させる場合には循環方向に、掃気を行なう場合には逆方向に、それぞれ動作し、第1実施例の循環バルブ65とブロワ55との2つの機能を果たすことができる。したがって、第1実施例で示した吸引用のブロワ55は、空気排出経路50上に設けられていない。   The air system 41 in the fuel cell system 12 includes three paths, that is, an air supply path 45, an air discharge path 50, and an air circulation path 60, as in the first embodiment. Among them, a blower 110 is disposed on the air circulation path 60 in place of the circulation valve 65 of the first embodiment. The blower 110 can flow the air in the air circulation path 60 in the circulation direction from the air discharge path 50 side to the air supply path 45 side or in the opposite direction (that is, bidirectional). That is, the blower 110 operates in the circulation direction when the humidified air is circulated and in the reverse direction when the scavenging is performed, and performs the two functions of the circulation valve 65 and the blower 55 of the first embodiment. be able to. Therefore, the suction blower 55 shown in the first embodiment is not provided on the air discharge path 50.

以上の構成の燃料電池システム12において、燃料電池スタック20からの発電を行なう場合、制御ユニット100は、エアコンプレッサ48,調圧弁51等のアクチュエータを起動して、燃料電池スタック20に空気を供給すると共に、必要な加湿量に対する循環量を算定し、その循環量に応じた回転数でブロワ110を駆動する。こうして空気循環経路60内を循環方向に空気が流れ、燃料電池スタック20には加湿された空気が供給され、電気化学反応が良好に行なわれる。   In the fuel cell system 12 having the above configuration, when generating power from the fuel cell stack 20, the control unit 100 activates actuators such as the air compressor 48 and the pressure regulating valve 51 to supply air to the fuel cell stack 20. At the same time, the circulation amount with respect to the required humidification amount is calculated, and the blower 110 is driven at the number of rotations corresponding to the circulation amount. In this way, air flows in the circulation direction in the air circulation path 60, and the humidified air is supplied to the fuel cell stack 20, so that the electrochemical reaction is favorably performed.

他方、掃気処理を行なう場合には、制御ユニット100は、以下に示すフローチャートに従ってブロワ110の動作を制御する。   On the other hand, when the scavenging process is performed, the control unit 100 controls the operation of the blower 110 according to the flowchart shown below.

B−2.掃気処理:
図5は、第2実施例の燃料電池システム12における掃気処理のフローチャートである。この処理は、燃料電池システム12の起動時または停止時、あるいは間欠時に、制御ユニット100にて実行される。
B-2. Scavenging treatment:
FIG. 5 is a flowchart of the scavenging process in the fuel cell system 12 of the second embodiment. This process is executed by the control unit 100 when the fuel cell system 12 is started, stopped, or intermittent.

処理が開始されると、制御ユニット100は、調圧弁51に開弁指令を出力する(ステップS500)。この指令を受けて、調圧弁51は全開状態となる。   When the process is started, the control unit 100 outputs a valve opening command to the pressure regulating valve 51 (step S500). In response to this command, the pressure regulating valve 51 is fully opened.

続いて、制御ユニット100は、エアコンプレッサ48に始動指令を出力する(ステップS510)。この指令を受けて、エアコンプレッサ48は回転し、外部から空気を吸引して、燃料電池スタック20に空気を送り込む。送り込まれた空気は、燃料電池スタック20、空気排出経路50内を流れ、排気系統80から排出される。この空気の流れの過程で、空気供給経路45,燃料電池スタック20,空気排出経路50、それぞれの内部の水分が押し流され、除去される。   Subsequently, the control unit 100 outputs a start command to the air compressor 48 (step S510). In response to this command, the air compressor 48 rotates, sucks air from the outside, and sends the air into the fuel cell stack 20. The fed air flows through the fuel cell stack 20 and the air discharge path 50 and is discharged from the exhaust system 80. In the course of this air flow, moisture inside the air supply path 45, the fuel cell stack 20, and the air discharge path 50 is pushed away and removed.

制御ユニット100は、エアコンプレッサ48によって掃気を実行する所定時間が経過したか否かを判断する(ステップS520)。具体的には、エアコンプレッサ48の始動と共に、経過時間をカウントしている。   The control unit 100 determines whether or not a predetermined time for executing scavenging by the air compressor 48 has elapsed (step S520). Specifically, the elapsed time is counted as the air compressor 48 is started.

ステップS520で、設定した時間を経過していない(No)と判断した場合には、所定のタイミングで、この判断処理を繰り返す。他方、ステップS520で、設定した時間を経過した(Yes)と判断した場合には、エアコンプレッサ48に停止指令を出力する(ステップS530)。この指令を受けて、エアコンプレッサ48は停止する。なお、ここまでのステップでは、ブロワ110は停止した状態のままである。   If it is determined in step S520 that the set time has not elapsed (No), this determination process is repeated at a predetermined timing. On the other hand, if it is determined in step S520 that the set time has elapsed (Yes), a stop command is output to the air compressor 48 (step S530). In response to this command, the air compressor 48 stops. In the steps so far, the blower 110 remains stopped.

続いて、制御ユニット100は、ブロワ110に始動指令を出力する(ステップS540)。ここでは、通常の燃料電池システム12の運転時とは異なり、ブロワ110に対して、循環方向とは逆方向に空気を流すように指令している。具体的には、ブロワ110のモータに、循環時の回転とは逆回転を行なう指令を出力している。   Subsequently, the control unit 100 outputs a start command to the blower 110 (step S540). Here, unlike the normal operation of the fuel cell system 12, the blower 110 is commanded to flow air in the direction opposite to the circulation direction. Specifically, a command for performing a reverse rotation to the rotation at the time of circulation is output to the motor of the blower 110.

ブロワ110は、指令を受けて、空気循環経路60内の空気を逆方向、つまり、空気供給経路45側から空気排出経路50側へ押し流し、空気循環経路60内を掃気する。   In response to the command, the blower 110 pushes the air in the air circulation path 60 in the reverse direction, that is, the air supply path 45 side to the air discharge path 50 side, and scavenges the air circulation path 60.

制御ユニット100は、ブロワ110によって掃気を実行する所定時間が経過したか否かを判断する(ステップS550)。具体的には、ブロワ110の始動と共に、経過時間をカウントしている。   The control unit 100 determines whether or not a predetermined time for executing scavenging by the blower 110 has elapsed (step S550). Specifically, the elapsed time is counted as the blower 110 is started.

ステップS550で、設定した時間を経過していない(No)と判断した場合には、所定のタイミングで、この判断処理を繰り返す。他方、ステップS550で、設定した時間を経過した(Yes)と判断した場合には、ブロワ110に停止指令を出力し(ステップS560)、一連の掃気処理を終了する。この指令を受けたブロワ110は回転を停止する。   If it is determined in step S550 that the set time has not elapsed (No), this determination process is repeated at a predetermined timing. On the other hand, if it is determined in step S550 that the set time has elapsed (Yes), a stop command is output to the blower 110 (step S560), and the series of scavenging processes is terminated. Upon receiving this command, the blower 110 stops rotating.

以上、第2実施例の燃料電池システム12における掃気処理によれば、双方向に空気の流れを調整することができるブロワ110の動作により、空気循環経路60内の空気、水分は、配管内を逆方向に流れる。したがって、第1実施例と同様、空気循環経路60内を速やかに掃気することができる。加えて、双方向のブロワ110によって、第1実施例の循環バルブ65とブロワ55との2つの機能を果たすことができるため、システム全体の部品点数を低減することができる。   As described above, according to the scavenging process in the fuel cell system 12 of the second embodiment, the operation of the blower 110 capable of adjusting the air flow in both directions causes the air and moisture in the air circulation path 60 to flow through the pipe. Flows in the opposite direction. Therefore, as in the first embodiment, the air circulation path 60 can be quickly scavenged. In addition, since the bidirectional blower 110 can perform the two functions of the circulation valve 65 and the blower 55 of the first embodiment, the number of parts of the entire system can be reduced.

こうした第2実施例の燃料電池システム12では、ブロワ110の動作によって、外部から吸入した空気を、空気循環経路60を介して空気排出経路50、排気系統80の希釈器82へ送り出すことができる。この空気の流れ、すなわち、燃料電池スタック20を通過しない空気の流れは、上述のように掃気処理に利用できることに加えて、水素ガスを多量の空気により薄める希釈処理に利用することができる。つまり、所定のタイミングで、ブロワ110により外部からの空気を多量に希釈器82に供給することで、エアコンプレッサ48を用いずに十分に水素ガスを希釈して排出することができる。以下に、この希釈処理について説明する。   In the fuel cell system 12 of the second embodiment, the air sucked from the outside can be sent out to the air discharge path 50 and the diluter 82 of the exhaust system 80 via the air circulation path 60 by the operation of the blower 110. This air flow, that is, the air flow that does not pass through the fuel cell stack 20, can be used for the scavenging process as described above, and can also be used for the dilution process for diluting the hydrogen gas with a large amount of air. That is, by supplying a large amount of air from the outside to the diluter 82 by the blower 110 at a predetermined timing, the hydrogen gas can be sufficiently diluted and discharged without using the air compressor 48. Below, this dilution process is demonstrated.

B−3.希釈処理:
図6は、第2実施例の燃料電池システム12における希釈処理のフローチャートである。水素系統30における開閉バルブ36は、通常は閉弁状態にあるが、回路内の圧抜きや窒素成分の排出のため、所定のタイミングで所定時間だけ開弁する。開弁と同時に、水素排出経路35を介して、希釈器82には高濃度の水素ガスが流入する。この希釈処理は、開閉バルブ36の開弁タイミングで、制御ユニット100にて実行される。
B-3. Dilution process:
FIG. 6 is a flowchart of the dilution process in the fuel cell system 12 of the second embodiment. The on-off valve 36 in the hydrogen system 30 is normally closed, but is opened at a predetermined timing for a predetermined time in order to release pressure in the circuit and discharge a nitrogen component. Simultaneously with the opening of the valve, high-concentration hydrogen gas flows into the diluter 82 through the hydrogen discharge path 35. This dilution process is executed by the control unit 100 at the opening timing of the opening / closing valve 36.

処理が開始されると、制御ユニット100は、ブロワ110に始動指令を出力する(ステップS600)。具体的には、ブロワ110のモータに、循環時の回転とは逆回転を行なう指令を出力している。ブロワ110は、指令を受けて所定回転数で回転を始め、外部から吸入した所定量の空気を、空気循環経路60,空気排気経路50を経由し、希釈器82へ送り込む。   When the process is started, the control unit 100 outputs a start command to the blower 110 (step S600). Specifically, a command for performing a reverse rotation to the rotation at the time of circulation is output to the motor of the blower 110. In response to the command, the blower 110 starts rotating at a predetermined rotational speed, and sends a predetermined amount of air sucked from the outside to the diluter 82 via the air circulation path 60 and the air exhaust path 50.

続いて、制御ユニット100は、水素濃度センサ83からの水素濃度Sを入力する(ステップS610)。開閉バルブ36の開弁により希釈器82に流入した水素ガスは、ブロワ110からの空気により希釈され、混合ガスとして下流のマフラ81へ向かって流れる。水素濃度センサ83は、この混合ガス中の水素濃度Sを検出し、制御ユニット100に出力する。   Subsequently, the control unit 100 inputs the hydrogen concentration S from the hydrogen concentration sensor 83 (step S610). The hydrogen gas that has flowed into the diluter 82 by opening the on-off valve 36 is diluted by the air from the blower 110 and flows toward the downstream muffler 81 as a mixed gas. The hydrogen concentration sensor 83 detects the hydrogen concentration S in the mixed gas and outputs it to the control unit 100.

水素濃度Sを入力した制御ユニット100は、水素濃度Sが所定値α以下であるか否かを判断する(ステップS620)。ステップS620で、水素濃度Sが所定値α以下でないと判断した(No)場合には、ブロワ110に回転数増加の指令を出力し(ステップS630)、ステップS610に戻って、再度、水素濃度Sを入力する。ブロワ110は、指令を受けて所定のステップだけ回転数を増加して、希釈器82へ送り出す空気量を増量する。   The control unit 100 that has input the hydrogen concentration S determines whether or not the hydrogen concentration S is equal to or less than the predetermined value α (step S620). If it is determined in step S620 that the hydrogen concentration S is not less than or equal to the predetermined value α (No), a command to increase the rotational speed is output to the blower 110 (step S630), and the process returns to step S610 and again the hydrogen concentration S Enter. In response to the command, the blower 110 increases the number of rotations by a predetermined step, and increases the amount of air sent to the diluter 82.

他方、ステップS620で、水素濃度Sが所定値α以下であると判断した(Yes)場合には、ブロワ110に停止指令を出力し(ステップS640)、一連の希釈処理を終了する。なお、開閉バルブ36は、開弁時間が短く、ブロワ110の停止指令までには、閉弁している。したがって、ブロワ110停止後に、希釈器82から高濃度の水素ガスが排出されることはない。   On the other hand, if it is determined in step S620 that the hydrogen concentration S is less than or equal to the predetermined value α (Yes), a stop command is output to the blower 110 (step S640), and the series of dilution processes is terminated. The on-off valve 36 has a short valve opening time, and is closed before the blower 110 is instructed to stop. Therefore, high-concentration hydrogen gas is not discharged from the diluter 82 after the blower 110 is stopped.

以上の希釈処理では、掃気処理に用いる双方向のブロワ110の動作によって、水素ガスを希釈する。つまり、発電のための空気はエアコンプレッサ48により供給し、希釈のための空気はブロワ110により供給する。したがって、希釈のためにエアコンプレッサ48を過度に駆動させることもなく、効率の良いシステムを構築することができる。また、ブロワ110により希釈器82に供給する空気は、燃料電池スタック20を通過しない乾燥したガスである。こうした乾燥ガスを排気系統80へ送るため、排気の湿度が低下し、外部に排出された排気から白煙が出難い構成とすることができる。   In the above dilution process, the hydrogen gas is diluted by the operation of the bidirectional blower 110 used for the scavenging process. That is, air for power generation is supplied by the air compressor 48, and air for dilution is supplied by the blower 110. Therefore, an efficient system can be constructed without excessively driving the air compressor 48 for dilution. The air supplied to the diluter 82 by the blower 110 is a dry gas that does not pass through the fuel cell stack 20. Since such dry gas is sent to the exhaust system 80, the humidity of the exhaust gas is reduced, and white smoke can hardly be produced from the exhaust gas discharged to the outside.

C.第3実施例:
C−1.システム構成:
図7は、本発明の第3実施例としての燃料電池システムの概略構成図である。図示するように、この燃料電池システム15は、主に、燃料電池スタック20,水素系統30,空気系統42,冷却系統70,排気系統80,出力系統90,制御ユニット100などから構成されている。この燃料電池システム15は、第1実施例の燃料電池システム10とは、空気系統42の機器の構成のみが異なる。したがって、空気系統42以外の部分については、第1実施例と符号を同一とし、説明を省略する。
C. Third embodiment:
C-1. System configuration:
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system as a third embodiment of the present invention. As shown in the figure, the fuel cell system 15 mainly includes a fuel cell stack 20, a hydrogen system 30, an air system 42, a cooling system 70, an exhaust system 80, an output system 90, a control unit 100, and the like. This fuel cell system 15 differs from the fuel cell system 10 of the first embodiment only in the configuration of the devices of the air system 42. Therefore, parts other than the air system 42 are the same as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

燃料電池システム15における空気系統42は、第1実施例と同様の、空気供給経路45,空気排出経路50,空気循環経路60の3つの経路と、掃気用経路120とから構成されている。   The air system 42 in the fuel cell system 15 is composed of three paths, an air supply path 45, an air discharge path 50, an air circulation path 60, and a scavenging path 120, as in the first embodiment.

掃気用経路120は、インタークーラ49と燃料電池スタック20との間の空気供給経路45と、循環バルブ65よりも空気排出経路50側の空気循環経路60とを接続する配管であり、その配管上には掃気バルブ125を備えている。掃気バルブ125は、掃気用経路120を開閉するバルブであり、後述する掃気時のみ開弁する。この掃気バルブ125の動作により、エアコンプレッサ48からの空気を掃気用経路120を介して空気循環経路60に送り込み、掃気を行なうことができる。したがって、第1実施例で示した吸引用のブロワ55は、空気排出経路50上に設けられていない。   The scavenging path 120 is a pipe that connects the air supply path 45 between the intercooler 49 and the fuel cell stack 20 and the air circulation path 60 closer to the air discharge path 50 than the circulation valve 65. Is equipped with a scavenging valve 125. The scavenging valve 125 is a valve that opens and closes the scavenging path 120 and opens only during scavenging described later. By the operation of the scavenging valve 125, the air from the air compressor 48 can be sent to the air circulation path 60 via the scavenging path 120 to perform scavenging. Therefore, the suction blower 55 shown in the first embodiment is not provided on the air discharge path 50.

以上の構成の燃料電池システム15において、燃料電池スタック20からの発電を行なう場合、制御ユニット100は、掃気バルブ125により掃気用経路120を閉じ、各種アクチュエータを起動して運転を行なう。他方、掃気処理を行なう場合には、制御ユニット100は、以下に示すフローチャートに従って各種アクチュエータの動作を制御する。   In the fuel cell system 15 having the above-described configuration, when generating power from the fuel cell stack 20, the control unit 100 closes the scavenging path 120 by the scavenging valve 125 and activates various actuators to operate. On the other hand, when performing the scavenging process, the control unit 100 controls the operation of various actuators according to the flowchart shown below.

C−2.掃気処理:
図8は、第3実施例の燃料電池システム15における掃気処理のフローチャートである。この処理は、燃料電池システム15の起動時または停止時、あるいは間欠時に、制御ユニット100にて実行される。
C-2. Scavenging treatment:
FIG. 8 is a flowchart of the scavenging process in the fuel cell system 15 of the third embodiment. This process is executed by the control unit 100 when the fuel cell system 15 is started, stopped, or intermittent.

処理が開始されると、制御ユニット100は、調圧弁51に開弁を、循環バルブ65に閉弁を、それぞれ指令する(ステップS800)。続いて、掃気バルブ125に閉弁を指令する(ステップS810)。こうした指令を受けて、調圧弁51は全開、循環バルブ65は全閉、掃気バルブ125は全閉状態となる。   When the process is started, the control unit 100 commands the pressure regulating valve 51 to open and the circulation valve 65 to close (step S800). Subsequently, the scavenging valve 125 is instructed to close (step S810). In response to such a command, the pressure regulating valve 51 is fully opened, the circulation valve 65 is fully closed, and the scavenging valve 125 is fully closed.

制御ユニット100は、エアコンプレッサ48に始動指令を出力する(ステップS830)。この指令を受けて、エアコンプレッサ48は回転し、外部から空気を吸引して、燃料電池スタック20に空気を送り込む。送り込まれた空気は、燃料電池スタック20、空気排出経路50内を流れ、排気系統80から排出される。このステップによって、空気供給経路45,燃料電池スタック20,空気排出経路50の掃気が行なわれる。   The control unit 100 outputs a start command to the air compressor 48 (step S830). In response to this command, the air compressor 48 rotates, sucks air from the outside, and sends the air into the fuel cell stack 20. The fed air flows through the fuel cell stack 20 and the air discharge path 50 and is discharged from the exhaust system 80. By this step, scavenging of the air supply path 45, the fuel cell stack 20, and the air discharge path 50 is performed.

制御ユニット100は、エアコンプレッサ48によって掃気を実行する所定時間が経過したか否かを判断する(ステップS8320)。具体的には、エアコンプレッサ48の始動と共に、経過時間をカウントしている。   The control unit 100 determines whether or not a predetermined time for executing scavenging by the air compressor 48 has elapsed (step S8320). Specifically, the elapsed time is counted as the air compressor 48 is started.

ステップS830で、設定した時間を経過していない(No)と判断した場合には、所定のタイミングで、この判断処理を繰り返す。他方、ステップS830で、設定した時間を経過した(Yes)と判断した場合には、掃気バルブ125に開弁指令を出力する(ステップS840)。この指令を受けて、掃気バルブ125は全開状態となり、空気供給経路45と空気循環経路60とを接続する掃気用経路120が連通する。エアコンプレッサ48から供給され続ける空気は、燃料電池スタック20側よりも圧力損失の少ない掃気用経路120内を流れ、空気循環経路60内を掃気する。   If it is determined in step S830 that the set time has not elapsed (No), this determination process is repeated at a predetermined timing. On the other hand, if it is determined in step S830 that the set time has elapsed (Yes), a valve opening command is output to the scavenging valve 125 (step S840). In response to this command, the scavenging valve 125 is fully opened, and the scavenging path 120 connecting the air supply path 45 and the air circulation path 60 communicates. The air continuously supplied from the air compressor 48 flows in the scavenging path 120 with less pressure loss than the fuel cell stack 20 side, and scavenges in the air circulation path 60.

制御ユニット100は、掃気バルブ125の開弁による掃気を実行する所定時間が経過したか否かを判断する(ステップS850)。具体的には、掃気バルブ125の開弁の指令と共に、経過時間をカウントしている。   The control unit 100 determines whether or not a predetermined time for executing scavenging by opening the scavenging valve 125 has elapsed (step S850). Specifically, the elapsed time is counted together with a command for opening the scavenging valve 125.

ステップS850で、設定した時間を経過していない(No)と判断した場合には、所定のタイミングで、この判断処理を繰り返す。他方、ステップS850で、設定した時間を経過した(Yes)と判断した場合には、エアコンプレッサ48に停止指令を出力し(ステップS860)、一連の掃気処理を終了する。この指令を受けたエアコンプレッサ48は回転を停止する。   If it is determined in step S850 that the set time has not elapsed (No), this determination process is repeated at a predetermined timing. On the other hand, if it is determined in step S850 that the set time has elapsed (Yes), a stop command is output to the air compressor 48 (step S860), and the series of scavenging processes is terminated. Receiving this command, the air compressor 48 stops rotating.

以上、第3実施例の燃料電池システム15の掃気処理によれば、掃気用経路120および掃気バルブ125を設けて新たな経路を形成し、エアコンプレッサ48による空気を、燃料電池スタック20を介さずに空気循環経路60に供給する。こうすることで、空気循環経路60内を逆流させることができ、第1実施例と同様、空気循環経路60を速やかに掃気することができる。加えて、比較的、簡易な構成で空気循環経路60を掃気するシステムを構築することができる。   As described above, according to the scavenging process of the fuel cell system 15 of the third embodiment, the scavenging path 120 and the scavenging valve 125 are provided to form a new path, and the air by the air compressor 48 is not passed through the fuel cell stack 20. To the air circulation path 60. By doing so, the inside of the air circulation path 60 can be made to flow backward, and the air circulation path 60 can be quickly scavenged as in the first embodiment. In addition, a system for scavenging the air circulation path 60 with a relatively simple configuration can be constructed.

D.変形例:
第1実施例では、循環バルブ65を閉弁して掃気処理を実行するものとしたが、所定時間の掃気処理の終了後に、循環バルブ65を開弁してブロワ55を駆動し、外部からの空気を吸引する処理を実行するものとしても良い。こうすることで、空気循環経路60内を外部からの空気が流れ、より確実に水分除去を行なうことができる。また、掃気処理の際に循環バルブ65を僅かに開弁状態としておくものとしても良い。この場合でも、外部からの空気は、空気循環経路60には流入し難く、第1実施例と同様の効果を奏する。
D. Variations:
In the first embodiment, the circulation valve 65 is closed and the scavenging process is executed. However, after the scavenging process for a predetermined time is completed, the circulation valve 65 is opened to drive the blower 55 and the external It is good also as what performs the process which attracts | sucks air. By doing so, air from the outside flows in the air circulation path 60, and moisture can be removed more reliably. The circulation valve 65 may be slightly opened during the scavenging process. Even in this case, it is difficult for the air from the outside to flow into the air circulation path 60, and the same effect as in the first embodiment can be obtained.

さらに、第1実施例の燃料電池システム10において、ブロワ55を希釈処理に利用するものとしても良い。例えば、開閉バルブ36の開弁タイミングに応じて、循環バルブ65の開度を増加し、ブロワ55を駆動して外部から空気を取り込み、希釈器82へ供給する処理を行なうものとすれば良い。こうすることで、エアコンプレッサ48に負荷をかけることなく、水素ガスの希釈を行なうことができる。   Furthermore, in the fuel cell system 10 of the first embodiment, the blower 55 may be used for the dilution process. For example, the opening degree of the circulation valve 65 may be increased in accordance with the opening timing of the opening / closing valve 36, and the blower 55 may be driven to take in air from the outside and supply it to the diluter 82. By doing so, the hydrogen gas can be diluted without applying a load to the air compressor 48.

また、第2実施例における希釈処理では、水素ガスの希釈に必要な空気は双方向のブロワ110により供給するものとしたが、例えばエアコンプレッサ48との共働によるものとしても良い。こうすることで水素濃度に応じて、効率よく希釈処理を実行することができる。   In the dilution process in the second embodiment, the air necessary for diluting the hydrogen gas is supplied by the bidirectional blower 110. However, the air may be co-operated with the air compressor 48, for example. By doing so, the dilution process can be executed efficiently according to the hydrogen concentration.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施し得ることは勿論である。例えば、第2実施例における双方向のブロワ110の回転モータを回生モータを用いる構成とすることもできる。かかる構成において、ブロワ110前後の差圧が大きく、循環方向への流れができる場合には、回生モータで循環する流量を調整すると共に、流体のエネルギを利用して発電を行なうこともできる。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and can of course be implemented in various forms without departing from the spirit of the present invention. . For example, a regenerative motor may be used as the rotary motor of the bidirectional blower 110 in the second embodiment. In such a configuration, when the differential pressure before and after the blower 110 is large and a flow in the circulation direction is possible, the flow rate circulated by the regenerative motor can be adjusted, and the power can be generated using the fluid energy.

本発明の第1実施例としての燃料電池システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system as a first embodiment of the present invention. 第1実施例の燃料電池システムにおける掃気処理のフローチャートである。It is a flowchart of the scavenging process in the fuel cell system of 1st Example. 起動時の掃気処理における各アクチュエータの動作タイミングを示したタイミング図である。FIG. 6 is a timing diagram showing the operation timing of each actuator in a scavenging process at startup. 本発明の第2実施例としての燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell system as 2nd Example of this invention. 第2実施例の燃料電池システムにおける掃気処理のフローチャートである。It is a flowchart of the scavenging process in the fuel cell system of 2nd Example. 第2実施例の燃料電池システムにおける希釈処理のフローチャートである。It is a flowchart of the dilution process in the fuel cell system of 2nd Example. 本発明の第3実施例としての燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell system as 3rd Example of this invention. 第3実施例の燃料電池システムにおける掃気処理のフローチャートである。It is a flowchart of the scavenging process in the fuel cell system of 3rd Example.

符号の説明Explanation of symbols

10...第1の燃料電池システム
12...第2の燃料電池システム
15...第3の燃料電池システム
20...燃料電池スタック
21...単セル
28,29...エンドプレート
30...水素系統
31...水素タンク
32...水素供給経路
33...水素循環経路
34...循環ポンプ
35...水素排出経路
36...開閉バルブ
40,41,42...空気系統
45...空気供給経路
46...エアクリーナ
47...エアフロメータ
48...エアコンプレッサ
49...インタークーラ
50...空気排出経路
51...調圧弁
55...ブロワ
56...温度センサ
57,58...圧力センサ
60...空気循環経路
65...循環バルブ
70...冷却系統
71...ラジエータ
72...ポンプ
80...排気系統
81...マフラ
82...希釈器
83...水素濃度センサ
90...出力系統
91...インバータ
92...走行モータ
93...DC/DCコンバータ
94...二次電池
100...制御ユニット
110...ブロワ
120...掃気用経路
125...掃気バルブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... 1st fuel cell system 12 ... 2nd fuel cell system 15 ... 3rd fuel cell system 20 ... Fuel cell stack 21 ... Single cell 28, 29 ... End Plate 30 ... Hydrogen system 31 ... Hydrogen tank 32 ... Hydrogen supply path 33 ... Hydrogen circulation path 34 ... Circulation pump 35 ... Hydrogen discharge path 36 ... Open / close valve 40, 41, 42 ... Air system 45 ... Air supply path 46 ... Air cleaner 47 ... Air flow meter 48 ... Air compressor 49 ... Intercooler 50 ... Air discharge path 51 ... Pressure control valve 55 ... Blower 56 ... Temperature sensor 57,58 ... Pressure sensor 60 ... Air circulation path 65 ... Circulation valve 70 ... Cooling system 71 ... Radiator 72 ... Pump 80 .. Exhaust system 81 ... Muffler 82 ... Diluter 83 ... Hydrogen concentration sensor 90 ... Output system 91 ... Inverter 92 ... Driving mode 93 ... DC / DC converter 94 ... secondary battery 100 ... control unit 110 ... blower 120 ... scavenging path 125 ... scavenging valve

Claims (7)

酸化剤ガスの供給経路を介して燃料電池の酸素極側に酸化剤ガスを供給し、該酸化剤ガスを用いた該燃料電池の運転により該酸素極側で生成される水蒸気を含む排ガスを排気経路を介して排気する燃料電池システムであって、
前記供給経路と前記排気経路とを接続する循環用経路を介して、前記排気経路側から前記供給経路側への循環方向へ前記排ガスを循環する循環制御手段と、
前記循環用経路内のガスの流れを前記供給経路側から前記排気経路側への方向に反転する方向反転手段と、
前記燃料電池の所定の運転タイミングで、前記方向反転手段を用いて前記ガスの流れを反転し、前記循環用経路の掃気を行なう掃気制御手段と
を備えた燃料電池システム。
An oxidant gas is supplied to the oxygen electrode side of the fuel cell through an oxidant gas supply path, and exhaust gas containing water vapor generated on the oxygen electrode side is exhausted by the operation of the fuel cell using the oxidant gas. A fuel cell system that exhausts through a path,
A circulation control means for circulating the exhaust gas in a circulation direction from the exhaust path side to the supply path side via a circulation path connecting the supply path and the exhaust path;
Direction reversing means for reversing the gas flow in the circulation path from the supply path side to the exhaust path side;
A fuel cell system comprising: scavenging control means for reversing the gas flow using the direction reversing means at a predetermined operation timing of the fuel cell and scavenging the circulation path.
請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記方向反転手段は、前記排気経路と前記循環用経路との接続箇所よりも下流側の該排気経路上に設けられ、該循環用経路を流れる前記ガスを吸引する吸引手段である燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1,
The fuel cell system, wherein the direction reversing means is a suction means that is provided on the exhaust path downstream of the connection point between the exhaust path and the circulation path, and sucks the gas flowing through the circulation path.
請求項2に記載の燃料電池システムであって、
前記循環制御手段は、前記循環用経路上に、前記循環方向へ流れる前記排ガスの流量を調整する流量調整弁を備え、
前記掃気制御手段は、前記流量調整弁の開弁量を低減し、前記吸引手段を制御して前記ガスを吸引し、前記循環用経路内の掃気を行なう燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 2, wherein
The circulation control means includes a flow rate adjusting valve for adjusting a flow rate of the exhaust gas flowing in the circulation direction on the circulation path,
The scavenging control means reduces the valve opening amount of the flow rate adjusting valve, controls the suction means to suck the gas, and scavenges the circulation path.
請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記方向反転手段は、前記循環用経路上に設けられ、前記循環方向または反転方向に前記ガスを圧送する圧送手段である燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1,
The direction reversing unit is a fuel cell system that is provided on the circulation path and is a pressure feeding unit that pumps the gas in the circulation direction or the reversal direction.
請求項4に記載の燃料電池システムであって、更に、
外部から酸化剤ガスを吸気し、前記供給経路を介して前記燃料電池に供給する供給部を備え、
前記掃気制御手段は、前記圧送手段を用いた前記循環用経路の掃気に加え、前記供給部からの酸化剤ガスを、前記燃料電池を介して前記排気経路に流すことで酸化剤ガスの流れる経路の掃気を行なう燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 4, further comprising:
A supply unit for sucking oxidant gas from the outside and supplying the fuel cell to the fuel cell through the supply path;
In addition to scavenging the circulation path using the pumping means, the scavenging control means flows the oxidant gas from the supply section to the exhaust path by flowing the oxidant gas through the fuel cell. Fuel cell system for scavenging.
請求項1に記載の燃料電池システムであって、更に、
外部から酸化剤ガスを吸気し、前記供給経路を介して前記燃料電池に供給する供給部を備え、
前記循環制御手段は、前記循環用経路上に、前記循環方向へ流れる前記排ガスの流量を調整する流量調整弁を備え、
前記方向反転手段は、前記流量調整弁よりも前記排気経路側である前記循環用経路上に、前記供給部から前記燃料電池へ向かう酸化剤ガスの一部または全部を送り込む経路を形成する掃気用経路と、該掃気用経路を開閉する掃気バルブとからなり、
前記掃気制御手段は、前記流量調整弁の開弁量を低減し、前記掃気バルブを開弁して前記酸化剤ガスを前記循環用経路に送り込み、該循環用経路の掃気を行なう燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1, further comprising:
A supply unit for sucking oxidant gas from the outside and supplying the fuel cell to the fuel cell through the supply path;
The circulation control means includes a flow rate adjusting valve for adjusting a flow rate of the exhaust gas flowing in the circulation direction on the circulation path,
The direction reversing means forms a path for feeding a part or all of the oxidant gas from the supply section toward the fuel cell on the circulation path on the exhaust path side of the flow rate adjusting valve. Path and a scavenging valve for opening and closing the scavenging path,
The scavenging control means reduces a valve opening amount of the flow rate adjusting valve, opens the scavenging valve, sends the oxidant gas into the circulation path, and scavenges the circulation path.
請求項1ないし6のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記所定の運転タイミングは、少なくとも、前記燃料電池の発電開始前、発電停止後、該燃料電池の間欠運転における停止中の所定のタイミングのいずれかである燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6,
The predetermined operation timing is at least one of predetermined timings during stoppage of intermittent operation of the fuel cell after the start of power generation of the fuel cell, after power generation is stopped.
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