JP2006100238A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of reducing pressure loss by passing a fluid in an impurity remover and of improving the service life of the impurity remover. <P>SOLUTION: This fuel cell system 1 is so structured that the impurity remover 24 for removing impurities mixed in a discharged fluid is installed in a discharge passage 19 for running the discharged fluid discharged from a fuel cell 10 therethrough; is provided with a bypass passage 22 bypassed from the discharge passage 19, and a fluid inflow control part 20 disposed on the upstream side of the bypass passage 22 for controlling the volume of the discharged fluid flowing into the bypass passage 22 and the discharge passage 19; and is composed by installing the impurity remover 24 in the bypass passage 22. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池システムにかかり、特に燃料電池から排出される流体が流通する排出通路に、当該流体に混入する不純物を除去する不純物除去器を配設してなる燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system in which an impurity remover that removes impurities mixed in the fluid is disposed in a discharge passage through which a fluid discharged from the fuel cell flows.

従来から、燃料電池から排出される流体が流通する排出通路に、当該流体に混入する不純物を除去する不純物除去器を配設してなる燃料電池システムがある。この燃料電池システムでは、供給された水素の全てが電池反応に使用されるわけではない。しがたって、排出された未反応の水素を再度燃料電池に戻して有効利用する循環システムが採用されており、燃料電池から排出される排出ガスと、燃料電池の電池反応により生成された水(生成水)とが混合して存在する気液混合流体から水分を除去するための気液分離器が配設されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, there is a fuel cell system in which an impurity remover that removes impurities mixed in the fluid is disposed in a discharge passage through which a fluid discharged from the fuel cell flows. In this fuel cell system, not all of the supplied hydrogen is used for the cell reaction. Therefore, a circulation system is used in which the discharged unreacted hydrogen is returned to the fuel cell for effective use. The exhaust gas discharged from the fuel cell and the water generated by the cell reaction of the fuel cell ( A gas-liquid separator for removing water from the gas-liquid mixed fluid that is mixed with the product water is provided.

ここで、前記水素循環系内を流れるガスや水には、僅かではあるが、燃料電池やシステムの配管部品等から溶出した不純物が存在している。また、カソード系の外気より吸い込んだ空気からも不純物が入り込み、電解質膜を通過して水素循環系に混入することもある。特に燃料電池やシステムの配管部品等から溶出した不純物中に金属イオンが存在している場合は、燃料電池自身の機能低下や寿命低下に通じる虞がある。また、燃料電池内で生成される水が酸性になる場合もある。そこで、従来から、水素循環系内にイオン交換器を配設し、生成水やガス等による燃料電池の劣化を抑制する方法が採用されている。   Here, in the gas and water flowing in the hydrogen circulation system, there are a small amount of impurities eluted from the fuel cell and the piping parts of the system. Impurities may also enter from the air sucked from the outside air of the cathode system and pass through the electrolyte membrane and enter the hydrogen circulation system. In particular, when metal ions are present in impurities eluted from fuel cell or piping parts of the system, there is a risk of reducing the function and life of the fuel cell itself. Moreover, the water produced | generated within a fuel cell may become acidic. Therefore, conventionally, a method has been adopted in which an ion exchanger is provided in the hydrogen circulation system to suppress deterioration of the fuel cell due to generated water, gas, or the like.

近年では、燃料電池の生成水が排出される少なくとも一方の排出管の固体高分子型燃料電池側に設けられ、前記排出ガスに同伴する前記生成水中に含まれるイオンを除去する固体高分子型燃料電池システムが紹介されている。この固体高分子型燃料電池システムでは、前記生成水中に含まれるイオンを除去する手段として、イオン交換樹脂を利用し、フッ素イオンを除去することが開示されている。(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−313404号公報
In recent years, a polymer electrolyte fuel is provided on the polymer electrolyte fuel cell side of at least one discharge pipe from which the generated water of the fuel cell is discharged, and removes ions contained in the generated water accompanying the exhaust gas. A battery system is introduced. In this polymer electrolyte fuel cell system, it is disclosed that an ion exchange resin is used to remove fluorine ions as means for removing ions contained in the generated water. (For example, refer to Patent Document 1).
JP 2002-313404 A

しかしながら、特許文献1に記載された固体高分子型燃料電池システムは、流体(気液混合体)を液体と気体とに分離した後、この分離された液体をイオン交換樹脂に通すことで、当該液体から不純物を除去するものであるが、当該イオン交換樹脂には、前記分離された液体に含まれる不純物の含有量に関わらず、当該液体の全てが通過するよう構成されている。したがって、イオン交換樹脂を通過することによって生じる圧力損失により、水素循環系にロスが生じると共に、寿命が低下する虞がある。   However, the polymer electrolyte fuel cell system described in Patent Document 1 separates a fluid (gas-liquid mixture) into a liquid and a gas, and then passes the separated liquid through an ion exchange resin. Although the impurities are removed from the liquid, the ion exchange resin is configured such that all of the liquid passes through regardless of the content of impurities contained in the separated liquid. Therefore, pressure loss caused by passing through the ion exchange resin may cause loss in the hydrogen circulation system and shorten the life.

本発明は、このような従来の燃料電池システムを改良することを課題とするものであり、流体が不純物除去器を通過することにより生じる圧力損失を減少させることができ、且つ不純物除去器の寿命を向上させることが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to improve such a conventional fuel cell system, and can reduce pressure loss caused by the fluid passing through the impurity remover, and the lifetime of the impurity remover. An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of improving the fuel efficiency.

この目的を達成するため、本発明は、燃料電池から排出される排出流体が流通する排出通路に、当該排出流体に混入する不純物を除去する不純物除去器を配設してなる燃料電池システムであって、前記排出通路から分岐された分岐通路と、前記分岐通路よりも上流側に配置され、当該分岐通路と前記排出通路に流入する排出流体の量を制御する流体流入量制御手段と、を備え、前記不純物除去器を前記分岐通路に配設してなる燃料電池システムを提供するものである。   In order to achieve this object, the present invention is a fuel cell system in which an impurity remover for removing impurities mixed in the exhaust fluid is disposed in an exhaust passage through which the exhaust fluid discharged from the fuel cell flows. A branch passage branched from the discharge passage, and a fluid inflow control means disposed upstream of the branch passage and controlling the amount of the exhaust fluid flowing into the branch passage and the discharge passage. A fuel cell system in which the impurity remover is disposed in the branch passage is provided.

この構成を備えた燃料電池システムは、燃料電池から排出される排出流体のうち、分岐通路に流入する排出流体の量と、排出通路に流入する排出流体の量を、流体流入量制御手段によって制御することができる。したがって、不純物除去器を通過させる必要がある排出流体のみ、前記分岐通路に流入させて、不純物除去器を通過させることができるため、前記排出流体が不純物除去器を通過することにより生じる圧力損失を減少させることができる。また、不純物除去器を通過する排出流体の量を減少させることができるため、不純物除去器の寿命を向上することができる。   In the fuel cell system having this configuration, the amount of exhaust fluid flowing into the branch passage and the amount of exhaust fluid flowing into the discharge passage among the exhaust fluid discharged from the fuel cell are controlled by the fluid inflow amount control means. can do. Therefore, since only the exhaust fluid that needs to pass through the impurity remover can flow into the branch passage and pass through the impurity remover, the pressure loss caused by the exhaust fluid passing through the impurity remover can be reduced. Can be reduced. Further, since the amount of the exhaust fluid passing through the impurity remover can be reduced, the life of the impurity remover can be improved.

なお、分岐通路は、排出通路をメイン排出通路とした場合、このメイン排出通路に並列に配設されたサブ排出通路に相当するものであり、その下流側は、再びメイン排出通路に合流してもよく、メイン排出通路に合流しなくてもよい。   The branch passage corresponds to a sub-discharge passage arranged in parallel with the main discharge passage when the discharge passage is used as a main discharge passage, and its downstream side joins the main discharge passage again. It is not necessary to join the main discharge passage.

前記流体流入量制御手段は、前記分岐通路及び排出通路の少なくとも一方に前記排出流体を流入させる開閉弁を備えることができる。   The fluid inflow amount control means may include an on-off valve that allows the discharged fluid to flow into at least one of the branch passage and the discharge passage.

また、前記流体流入量制御手段は、前記燃料電池の運転状態により決定される値に応じて、前記分岐通路及び排出通路に流入する排出流体の量を制御することができる。   Further, the fluid inflow amount control means can control the amount of discharged fluid flowing into the branch passage and the discharge passage according to a value determined by the operating state of the fuel cell.

この燃料電池の運転状態により決定される値は、前記排出流体の状態量とすることができる。この排出流体の状態量としては、例えば、当該排出流体の導電率、圧力、流量、pH、イオン濃度の少なくとも一つ、あるいはこれらの組合せを挙げることができる。   The value determined by the operating state of the fuel cell can be the state quantity of the exhaust fluid. Examples of the state quantity of the discharged fluid include at least one of conductivity, pressure, flow rate, pH, and ion concentration of the discharged fluid, or a combination thereof.

また、前記燃料電池の運転状態により決定される値は、前記排出流体を吸引するポンプの動作状態に基づく値であってもよい。   The value determined by the operating state of the fuel cell may be a value based on an operating state of a pump that sucks the exhaust fluid.

そしてまた、前記燃料電池の運転状態により決定される値は、当該燃料電池の発電状態に基づく値であってもよい。   Further, the value determined by the operating state of the fuel cell may be a value based on the power generation state of the fuel cell.

また、本発明にかかる燃料電池システムでは、前記排出通路の、前記分岐通路の分岐点より下流側且つ当該分岐通路の合流点より上流側に、不純物除去部器をさらに配設してもよい。この場合、前記排出通路に配設された不純物除去器の容量は、前記分岐通路に配設された不純物除去器の容量よりも小さくなるよう構成してもよい。   In the fuel cell system according to the present invention, an impurity removing unit may be further disposed on the discharge passage downstream of the branch passage and upstream of the branch passage. In this case, the capacity of the impurity remover disposed in the discharge passage may be configured to be smaller than the capacity of the impurity remover disposed in the branch passage.

そしてまた、前記分岐通路と、前記排出通路の両方に不純物除去部器を各々配設した場合、前記流体流入量制御手段は、前記不純物除去器の容量に応じて、前記分岐通路と前記排出通路に流入する排出流体の量を制御するよう構成することもできる。   In addition, when an impurity removing unit is provided in both the branch passage and the discharge passage, the fluid inflow control means is configured to change the branch passage and the discharge passage according to the capacity of the impurity remover. It can also be configured to control the amount of exhaust fluid flowing into the.

さらにまた、本発明は、燃料電池から排出される燃料ガスが流通する循環通路に、当該燃料ガスに混入する不純物を除去する不純物除去器を配設してなる燃料電池システムであって、前記循環通路から分岐された分岐通路と、前記分岐通路よりも上流側に配置され、当該分岐通路と前記循環通路に流入する燃料ガスの量を制御する流体流入量制御手段と、を備え、前記不純物除去器を前記分岐通路に配設してなる燃料電池システムを提供するものである。   Furthermore, the present invention is a fuel cell system in which an impurity remover for removing impurities mixed in the fuel gas is disposed in a circulation passage through which the fuel gas discharged from the fuel cell flows. A branch passage branched from the passage, and a fluid inflow amount control means arranged upstream of the branch passage and controlling the amount of fuel gas flowing into the branch passage and the circulation passage, and removing the impurities A fuel cell system in which a vessel is disposed in the branch passage is provided.

この構成を備えた燃料電池システムは、燃料電池から排出された未反応の燃料ガス(以下、「循環燃料ガス」という)を再度燃料電池に戻して有効利用する循環システムにおいて、分岐通路に流入する循環燃料ガスの量と、循環通路に流入する循環燃料ガスの量を、流体流入量制御手段によって制御することができる。したがって、不純物除去器を通過させる必要がある循環燃料ガスのみ、前記分岐通路に流入させて、不純物除去器を通過させることができるため、前記燃料ガスが不純物除去器を通過することにより生じる圧力損失を減少させることができる。また、不純物除去器を通過する燃料ガスの量を減少させることができるため、不純物除去器の寿命を向上することができる。   A fuel cell system having this configuration flows into a branch passage in a circulation system in which unreacted fuel gas discharged from the fuel cell (hereinafter referred to as “circulation fuel gas”) is returned to the fuel cell and used effectively. The amount of the circulating fuel gas and the amount of the circulating fuel gas flowing into the circulation passage can be controlled by the fluid inflow amount control means. Accordingly, since only the circulating fuel gas that needs to pass through the impurity remover can flow into the branch passage and pass through the impurity remover, the pressure loss caused by the fuel gas passing through the impurity remover Can be reduced. In addition, since the amount of fuel gas passing through the impurity remover can be reduced, the life of the impurity remover can be improved.

なお、分岐通路は、循環通路をメイン通路とした場合、このメイン循環通路に並列に配設されたサブ循環通路に相当するものであり、その下流側は、再びメイン循環通路に合流してもよく、メイン循環通路に合流せずに燃料電池の燃料ガス入口に接続されてもよい。また、この循環通路には、燃料ガス供給源から供給される新しい燃料ガスの供給通路が合流され、新しい燃料ガスも循環燃料ガスと共に流通する。したがって、循環通路は、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給通路でもある。   The branch passage corresponds to a sub-circulation passage arranged in parallel to the main circulation passage when the circulation passage is used as the main passage, and the downstream side may be joined to the main circulation passage again. Alternatively, it may be connected to the fuel gas inlet of the fuel cell without joining the main circulation passage. In addition, a supply path for new fuel gas supplied from a fuel gas supply source is joined to the circulation path, and the new fuel gas also circulates together with the circulation fuel gas. Therefore, the circulation passage is also a fuel gas supply passage for supplying fuel gas to the fuel cell.

前記流体流入量制御手段は、前記分岐通路及び循環通路の少なくとも一方に前記循環燃料ガスを流入させる開閉弁を備えることができる。   The fluid inflow amount control means may include an on-off valve that allows the circulating fuel gas to flow into at least one of the branch passage and the circulation passage.

また、前記流体流入量制御手段は、前記燃料電池の運転状態により決定される値に応じて、前記分岐通路及び循環通路に流入する循環燃料ガスの量を制御することができる。   Further, the fluid inflow amount control means can control the amount of circulating fuel gas flowing into the branch passage and the circulation passage according to a value determined by the operating state of the fuel cell.

この燃料電池の運転状態により決定される値は、前記循環燃料ガスの状態量とすることができる。この循環燃料ガスの状態量としては、例えば、当該循環燃料ガスの流量、導電率、圧力、pH等の少なくとも一つ、あるいはこれらの組合せを挙げることができる。   The value determined by the operating state of the fuel cell can be the state quantity of the circulating fuel gas. Examples of the state quantity of the circulating fuel gas include at least one of the flow rate, conductivity, pressure, pH, and the like of the circulating fuel gas, or a combination thereof.

また、前記燃料電池の運転状態により決定される値は、前記循環燃料ガスを吸引するポンプの動作状態に基づく値であってもよい。   Further, the value determined by the operating state of the fuel cell may be a value based on an operating state of a pump that sucks the circulating fuel gas.

そしてまた、前記燃料電池の運転状態により決定される値は、当該燃料電池の発電状態に基づく値であってもよい。   Further, the value determined by the operating state of the fuel cell may be a value based on the power generation state of the fuel cell.

また、本発明にかかる燃料電池システムでは、前記循環通路の、前記分岐通路の分岐点より下流側且つ当該分岐通路の合流点より上流側に、不純物除去部器をさらに配設してもよい。この場合、前記循環通路に配設された不純物除去器の容量は、前記分岐通路に配設された不純物除去器の容量よりも小さくなるよう構成してもよい。   In the fuel cell system according to the present invention, an impurity removing unit may be further disposed on the circulation path downstream from the branch point of the branch path and upstream from the junction point of the branch path. In this case, the capacity of the impurity remover disposed in the circulation path may be configured to be smaller than the capacity of the impurity remover disposed in the branch path.

そしてまた、前記分岐通路と、前記循環通路の両方に不純物除去部器を各々配設した場合、前記流体流入量制御手段は、前記不純物除去器の容量に応じて、前記分岐通路と前記循環通路に流入する排出流体の量を制御するよう構成することもできる。   In addition, when an impurity removing unit is provided in both the branch passage and the circulation passage, the fluid inflow control means is configured so that the branch passage and the circulation passage correspond to the capacity of the impurity remover. It can also be configured to control the amount of exhaust fluid flowing into the.

本発明にかかる燃料電池システムは、燃料電池から排出される排出流体のうち、分岐通路に流入する排出流体の量と、排出通路に流入する排出流体の量を、流体流入量制御手段によって制御することができる結果、不純物除去器を通過させる必要がある排出流体のみ、前記分岐通路に流入させて、不純物除去器を通過させることができる。したがって、前記排出流体が不純物除去器を通過することにより生じる圧力損失を減少させることができると共に、不純物除去器の寿命を向上することができる。   The fuel cell system according to the present invention controls the amount of exhaust fluid flowing into the branch passage and the amount of exhaust fluid flowing into the discharge passage among the exhaust fluid discharged from the fuel cell by the fluid inflow amount control means. As a result, only the exhaust fluid that needs to be passed through the impurity remover can flow into the branch passage and pass through the impurity remover. Therefore, the pressure loss caused by the exhaust fluid passing through the impurity remover can be reduced, and the lifetime of the impurity remover can be improved.

また、本発明にかかる燃料電池システムは、分岐通路に流入する循環燃料ガスの量と、循環通路に流入する循環燃料ガスの量を、流体流入量制御手段によって制御することができる結果、不純物除去器を通過させる必要がある循環燃料ガスのみ、前記分岐通路に流入させて、不純物除去器を通過させることができるため、前記燃料ガスが不純物除去器を通過することにより生じる圧力損失を減少させることができる。また、不純物除去器を通過する燃料ガスの量を減少させることができるため、不純物除去器の寿命を向上することができる。   The fuel cell system according to the present invention can control the amount of the circulating fuel gas flowing into the branch passage and the amount of the circulating fuel gas flowing into the circulation passage by the fluid inflow amount control means, thereby removing impurities. Since only the circulating fuel gas that needs to pass through the vessel can flow into the branch passage and pass through the impurity remover, the pressure loss caused by the fuel gas passing through the impurity remover is reduced. Can do. In addition, since the amount of fuel gas passing through the impurity remover can be reduced, the life of the impurity remover can be improved.

次に、本発明の好適な実施の形態にかかる燃料電池システムについて図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施の形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。   Next, a fuel cell system according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, embodiment described below is the illustration for demonstrating this invention, and this invention is not limited only to these embodiment. Therefore, the present invention can be implemented in various forms without departing from the gist thereof.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1にかかる燃料電池システムの概略構成図、図2は、図1に示す燃料電池から排出された排出ガスの導電率と、当該排出ガスに含有されている不純物量との関係を示す図、図3は、図1に示す流体流入量制御部の動作を示すフローチャートである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing conductivity of exhaust gas discharged from the fuel cell shown in FIG. 1 and contained in the exhaust gas. FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the fluid inflow control unit shown in FIG. 1.

図1に示す燃料電池システム1の燃料電池10は、MEAと、MEAの燃料極(アノード)に燃料ガス(水素)を、酸化剤極(カソード)に酸化ガス(酸素、通常は空気)を供給するための流路を形成するセパレータと、を重ね合わせたセルを複数備えてなるスタックを内蔵した構成を備えている。   The fuel cell 10 of the fuel cell system 1 shown in FIG. 1 supplies MEA, fuel gas (hydrogen) to the fuel electrode (anode) of the MEA, and oxidant gas (oxygen, usually air) to the oxidant electrode (cathode). In this configuration, a stack including a plurality of stacked cells and a separator that forms a flow path for performing the above operation is provided.

この燃料電池10の空気供給口11には、酸化ガスとしての空気を供給する空気供給源9が、空気供給通路12を介して接続されており、空気排出口13には、燃料電池10から排出される空気及び水(排出流体)が排出される空気排出通路14が接続されている。また、空気供給通路12及び空気排出通路14には、加湿モジュール8が設けられており、この加湿モジュール8を通過した排出流体は、マフラ7を経て外部に排出される。また、この排出流体の一部は、水素希釈器6に供給され、水素の希釈に使用された後、外部に排出される。   An air supply source 9 for supplying air as an oxidizing gas is connected to the air supply port 11 of the fuel cell 10 via an air supply passage 12, and the air discharge port 13 is discharged from the fuel cell 10. An air discharge passage 14 through which discharged air and water (exhaust fluid) are discharged is connected. The air supply passage 12 and the air discharge passage 14 are provided with a humidification module 8, and the exhaust fluid that has passed through the humidification module 8 is discharged to the outside through the muffler 7. Further, a part of the discharged fluid is supplied to the hydrogen diluter 6, used for diluting hydrogen, and then discharged to the outside.

一方、燃料電池10の水素供給口15には、例えば、水素ボンベ等の水素供給源16が、水素供給通路17を介して接続されており、水素排出口18には、水素排出通路19が接続されている。   On the other hand, a hydrogen supply source 16 such as a hydrogen cylinder is connected to the hydrogen supply port 15 of the fuel cell 10 via a hydrogen supply passage 17, and a hydrogen discharge passage 19 is connected to the hydrogen discharge port 18. Has been.

この水素排出通路19には、燃料電池10から排出された排出流体(水素及び水)の導電率を測定する導電率計21が配設されている。水素排出通路19の導電率計21が配設された位置よりも下流側の分岐点Aでは、分岐通路としてのバイパス通路22が、水素排出通路19から分岐されて形成されている。このバイパス通路22の途中には、開閉弁23を介して不純物除去器24が配設されている。なお、実施の形態1では、不純物除去器24として、イオン交換器を使用した。   The hydrogen discharge passage 19 is provided with a conductivity meter 21 for measuring the conductivity of the discharged fluid (hydrogen and water) discharged from the fuel cell 10. At a branch point A downstream of the position where the conductivity meter 21 of the hydrogen discharge passage 19 is disposed, a bypass passage 22 as a branch passage is formed by branching from the hydrogen discharge passage 19. An impurity remover 24 is disposed in the middle of the bypass passage 22 via an on-off valve 23. In the first embodiment, an ion exchanger is used as the impurity remover 24.

一方、バイパス通路22が形成された水素排出通路19の下流は、開閉弁25を介して気液分離器26に接続されている。そして、実施の形態1では、この導電率計21と、開閉弁23及び25によって、バイパス通路22に流入する排出流体の量と、水素排出通路19の分岐点Aよりも下流側に流入する排出流体の量を制御する流体流入量制御部20を構成している。なお、実施の形態1では、気液分離器26として、流体(気液混合体)を旋回させることによって、気体と液体とに分離するサイクロン式気液分離器を使用した。   On the other hand, the downstream of the hydrogen discharge passage 19 in which the bypass passage 22 is formed is connected to a gas-liquid separator 26 via an on-off valve 25. In the first embodiment, the conductivity meter 21 and the open / close valves 23 and 25 cause the amount of the exhaust fluid flowing into the bypass passage 22 and the exhaust flowing downstream from the branch point A of the hydrogen discharge passage 19. A fluid inflow control unit 20 that controls the amount of fluid is configured. In the first embodiment, a cyclone gas-liquid separator that separates gas and liquid by rotating a fluid (gas-liquid mixture) is used as the gas-liquid separator 26.

不純物除去器24を経たバイパス通路22の下流は、水素排出通路19の開閉弁25より下流側且つ気液分離器26よりも上流側の合流点Bで合流されている。気液分離器26で、気体(水素)と液体(水)に分離されたうちの気体(水素)は、再び水素供給通路17から燃料電池10に供給され、電池反応に使用される。また、気液分離器26から排出された気体(水素)は、所望により、水素希釈器6に供給される。なお、符号27は、水素ポンプである。   The downstream of the bypass passage 22 that has passed through the impurity remover 24 is joined at a junction B downstream of the on-off valve 25 of the hydrogen discharge passage 19 and upstream of the gas-liquid separator 26. The gas (hydrogen) separated into gas (hydrogen) and liquid (water) by the gas-liquid separator 26 is supplied again to the fuel cell 10 from the hydrogen supply passage 17 and used for the cell reaction. Further, the gas (hydrogen) discharged from the gas-liquid separator 26 is supplied to the hydrogen diluter 6 as desired. Reference numeral 27 denotes a hydrogen pump.

流体流入量制御部20では、燃料電池10から水素排出通路19に排出された排出流体(水素及び水の混合流体)の導電率を導電率計21によって測定する。ここで、図2に示すように、排出流体の導電率と、排出流体に含有されている不純物の量との間には、比例関係が成立する。したがって、排出流体の導電率を測定することによって、この排出流体に、どのくらいの量の不純物が含有しているかが判り、この含有量が、不純物除去器24で除去すべき量の不純物であるか、否かを判断することができる。   In the fluid inflow control unit 20, the conductivity of the discharged fluid (mixed fluid of hydrogen and water) discharged from the fuel cell 10 to the hydrogen discharge passage 19 is measured by the conductivity meter 21. Here, as shown in FIG. 2, a proportional relationship is established between the conductivity of the discharged fluid and the amount of impurities contained in the discharged fluid. Therefore, by measuring the conductivity of the discharged fluid, it can be determined how much impurities are contained in the discharged fluid, and whether this content is the amount of impurities to be removed by the impurity remover 24. It can be determined whether or not.

具体的には、図3に示すように、水素排出通路19に排出された排出流体の導電率を導電率計21で測定する。(ステップS101)。次に、ステップS101で得られた導電率が、予め設定されている閾値を越えた場合(ステップS102:YES)は、この排出流体を不純物除去器24に通過させて不純物を除去すべきと判断し、開閉弁25を閉じ且つ開閉弁23を開けて(ステップS103)、前記排出流体をバイパス通路22に供給する。一方、ステップS101で得られた導電率が、予め設定されている閾値を越えていない場合(ステップS102:NO)は、前記排出流体を不純物除去器24に通過させなくてもよいと判断し、開閉弁23を閉じ且つ開閉弁25を開けて(ステップS104)、前記排出流体を水素排出通路19の下流側に供給する。   Specifically, as shown in FIG. 3, the conductivity of the discharged fluid discharged into the hydrogen discharge passage 19 is measured by a conductivity meter 21. (Step S101). Next, when the electrical conductivity obtained in step S101 exceeds a preset threshold value (step S102: YES), it is determined that impurities should be removed by passing the discharged fluid through the impurity remover 24. Then, the on-off valve 25 is closed and the on-off valve 23 is opened (step S103), and the discharged fluid is supplied to the bypass passage 22. On the other hand, if the conductivity obtained in step S101 does not exceed a preset threshold value (step S102: NO), it is determined that the discharged fluid does not have to pass through the impurity remover 24, The on-off valve 23 is closed and the on-off valve 25 is opened (step S104), and the exhaust fluid is supplied to the downstream side of the hydrogen discharge passage 19.

このように、燃料電池10から排出される排出流体の全てを不純物除去器24に通過させるのではなく、不純物除去器24を通過させる必要がある排出流体のみ、不純物除去器24を通過させることで、不純物除去器24を通過する排出流体の量を削減することができるため、圧力損失を少なくすることができると共に、不純物除去器24の寿命も向上することができる。   In this way, not all of the exhaust fluid discharged from the fuel cell 10 is passed through the impurity remover 24, but only the exhaust fluid that needs to pass through the impurity remover 24 is allowed to pass through the impurity remover 24. Since the amount of the exhaust fluid passing through the impurity remover 24 can be reduced, pressure loss can be reduced and the lifetime of the impurity remover 24 can be improved.

バイパス通路22を通過した排出流体は、前述したように、これに含有されている不純物が、不純物除去器24によって除去された後、合流点Bで水素排出通路19に合流された後、気液分離器26に供給される。一方、水素排出通路19のみを通過した排出流体も気液分離器26に供給される。   As described above, the exhaust fluid that has passed through the bypass passage 22 is removed from the impurities contained therein by the impurity remover 24, and then joined to the hydrogen discharge passage 19 at the junction B. It is supplied to the separator 26. On the other hand, the exhaust fluid passing only through the hydrogen discharge passage 19 is also supplied to the gas-liquid separator 26.

なお、実施の形態1では、不純物除去器24の上流側に導電率計21を配設した場合について説明したが、これに限らず図4に示すように、不純物除去器24の下流側にも導電率計30を配設してもよい。このように構成することにより、不純物除去器24の上流側を通過する排出流体の導電率と、下流側を通過する排出流体の導電率との比較を行うことができ、不純物除去器24の不純物除去能力を検出することができる。したがって、不純物除去器24の寿命を検知することもできる。   In the first embodiment, the case where the conductivity meter 21 is arranged on the upstream side of the impurity remover 24 has been described. However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. A conductivity meter 30 may be provided. With this configuration, the conductivity of the exhaust fluid passing through the upstream side of the impurity remover 24 can be compared with the conductivity of the exhaust fluid passing through the downstream side. The removal ability can be detected. Therefore, the lifetime of the impurity remover 24 can also be detected.

また、実施の形態1では、導電率計21により、燃料電池10のMEAの加湿状態を知ることもできる。すなわち、MEAが乾燥気味で、生成水が少ない場合は、燃料電池10から排出される排出流体の導電率が上昇し、生成水が多く、MEAが湿り気味の場合は、導電率が下降する傾向にある。したがって、排出流体の導電率を測定することで、前述したように、開閉弁23及び25の開閉を制御する他、燃料電池10の運転状態を把握することもできる。   In the first embodiment, the humidification state of the MEA of the fuel cell 10 can be known by the conductivity meter 21. That is, when the MEA is dry and the amount of generated water is low, the conductivity of the exhaust fluid discharged from the fuel cell 10 increases, and when the amount of generated water is high and the MEA is moist, the conductivity tends to decrease. It is in. Therefore, by measuring the electrical conductivity of the discharged fluid, as described above, it is possible to grasp the operating state of the fuel cell 10 in addition to controlling the opening and closing of the on-off valves 23 and 25.

また、実施の形態1では、流体流入量制御部20の構成要素の一つとして、導電率計21を配設し、水素排出通路19に排出された排出流体の導電率に基づいて、バイパス通路22に排出流体を供給するか、水素排出通路19の分岐点Aよりも下流側に排出流体を供給するかを決定した場合について説明したが、これに限らず、導電率計21の代わりに、水素排出通路19に排出された排出流体の圧力を測定する圧力計を設け、圧力計で測定される圧力に基づいて、開閉弁23及び25の開閉を制御して、バイパス通路22に排出流体を供給するか、水素排出通路19の分岐点Aよりも下流側に排出流体を供給するかを決定してもよい。この場合、例えば、水素供給源16としての水素タンク圧力低下速度により、水素の流量を算出し、この流量に基づいて開閉弁23及び25の開閉を制御してもよい。   In the first embodiment, a conductivity meter 21 is provided as one of the components of the fluid inflow control unit 20, and the bypass passage is based on the conductivity of the discharged fluid discharged to the hydrogen discharge passage 19. Although the case where it is determined whether to supply the exhaust fluid to 22 or to supply the exhaust fluid downstream from the branch point A of the hydrogen discharge passage 19 has been described, not limited to this, instead of the conductivity meter 21, A pressure gauge for measuring the pressure of the discharged fluid discharged into the hydrogen discharge passage 19 is provided, and the opening and closing valves 23 and 25 are controlled based on the pressure measured by the pressure gauge, and the discharged fluid is supplied to the bypass passage 22. It may be determined whether to supply the exhaust fluid downstream of the branch point A of the hydrogen discharge passage 19. In this case, for example, the hydrogen flow rate may be calculated based on the hydrogen tank pressure drop rate as the hydrogen supply source 16, and the opening and closing of the on-off valves 23 and 25 may be controlled based on this flow rate.

また、導電率計21の代わりに、水素排出通路19に排出された排出流体のpHを測定するpH測定装置を設け、pH測定装置で測定されるpHに基づいて、開閉弁23及び25の開閉を制御して、バイパス通路22に排出流体を供給するか、水素排出通路19の分岐点Aよりも下流側に排出流体を供給するかを決定してもよい。   Further, instead of the conductivity meter 21, a pH measuring device for measuring the pH of the discharged fluid discharged into the hydrogen discharge passage 19 is provided, and the opening and closing valves 23 and 25 are opened and closed based on the pH measured by the pH measuring device. May be controlled to determine whether to supply the exhaust fluid to the bypass passage 22 or to supply the exhaust fluid downstream of the branch point A of the hydrogen discharge passage 19.

そしてまた、図5に示すように、導電率計21の代わりに、水素排出通路19に排出された排出流体の流量を測定する流量計31を設け、流量計31で測定される流量に基づいて、開閉弁23及び25の開閉を制御して、バイパス通路22に排出流体を供給するか、水素排出通路19の分岐点Aよりも下流側に排出流体を供給するかを決定してもよい。この場合、流量計31の代わりに、水素供給通路17の上流側に流量計32を設けてもよく、また、水素供給通路17の水素排出通路19との合流点Cよりも下流側に流量計33を設けてもよい。   Further, as shown in FIG. 5, instead of the conductivity meter 21, a flow meter 31 for measuring the flow rate of the discharged fluid discharged into the hydrogen discharge passage 19 is provided, and based on the flow rate measured by the flow meter 31. The opening / closing valves 23 and 25 may be controlled to determine whether to supply exhaust fluid to the bypass passage 22 or to supply exhaust fluid downstream of the branch point A of the hydrogen discharge passage 19. In this case, instead of the flow meter 31, a flow meter 32 may be provided on the upstream side of the hydrogen supply passage 17, and the flow meter on the downstream side of the junction C with the hydrogen discharge passage 19 of the hydrogen supply passage 17. 33 may be provided.

さらにまた、導電率計21の代わりに、燃料電池10の発電状態を測定する発電状態測定計を配設し、発電状態測定計から得られた値に基づいて、開閉弁23及び25の開閉を制御してもよい。燃料電池10の発電状態としては、例えば、発電量、発電時間等種々のファクターが挙げられる。例えば、導電率計21の代わりに、燃料電池10の出力(電流値等)を測定する出力計を設け、燃料電池10の出力に基づいて、開閉弁23及び25の開閉を制御してもよい。また、導電率計21の代わりに、水素ポンプ27の回転数を測定する回転数測定計を配設し、回転数測定計で測定された回転数に基づいて、開閉弁23及び25の開閉を制御してもよい。   Furthermore, instead of the conductivity meter 21, a power generation state measurement meter for measuring the power generation state of the fuel cell 10 is provided, and the opening and closing valves 23 and 25 are opened and closed based on values obtained from the power generation state measurement meter. You may control. Examples of the power generation state of the fuel cell 10 include various factors such as power generation amount and power generation time. For example, an output meter that measures the output (current value, etc.) of the fuel cell 10 may be provided instead of the conductivity meter 21, and the opening / closing of the on-off valves 23 and 25 may be controlled based on the output of the fuel cell 10. . Further, instead of the conductivity meter 21, a rotational speed measuring meter for measuring the rotational speed of the hydrogen pump 27 is provided, and the opening and closing valves 23 and 25 are opened and closed based on the rotational speed measured by the rotational speed measuring meter. You may control.

また、燃料電池の負荷を測定し、これに基づいて開閉弁23及び25の開閉を制御する場合、例えば、図8に示すように、燃料電池負荷と循環燃料ガスとしての循環水素流量との関係が比例関係にあることから、循環水素流量を算出し、これに基づいて開閉弁23及び25の開閉を制御してもよい。   When the load of the fuel cell is measured and the opening / closing of the on-off valves 23 and 25 is controlled based on the measured load, for example, as shown in FIG. 8, the relationship between the fuel cell load and the circulating hydrogen flow rate as the circulating fuel gas Therefore, the circulating hydrogen flow rate may be calculated and the opening / closing of the on-off valves 23 and 25 may be controlled based on this.

図9は、水素排出通路19に排出された排出流体(循環水素流量)と圧力損失との関係を示す図であるが、図9から、所定のタイミングでバイパス通路22に排出流体を供給させた場合の圧力損失は、水素排出通路19に排出された排出流体の全てを不純物除去器24に通過させた場合の圧力損失に比べ、小さいことが判る。   FIG. 9 is a view showing the relationship between the discharged fluid (circulated hydrogen flow rate) discharged to the hydrogen discharge passage 19 and the pressure loss. From FIG. 9, the discharged fluid is supplied to the bypass passage 22 at a predetermined timing. It can be seen that the pressure loss in this case is smaller than the pressure loss when all of the discharged fluid discharged to the hydrogen discharge passage 19 is passed through the impurity remover 24.

また、燃料電池負荷と排出流体のイオン濃度との関係は、図10に示すように、反比例関係にあることが判る。この場合、開閉弁23及び25の開閉状態は、予め決定された境界目標値(閾値)を超えたか否かによって決定することができる。すなわち、イオン濃度が、境界目標値を超えた場合、排出流体を不純物除去器24に通過させるよう開閉弁23及び25の開閉を制御すればよい。   Further, it can be seen that the relationship between the fuel cell load and the ion concentration of the discharged fluid is in an inversely proportional relationship as shown in FIG. In this case, the open / close state of the open / close valves 23 and 25 can be determined by whether or not a predetermined boundary target value (threshold value) has been exceeded. That is, when the ion concentration exceeds the boundary target value, the opening / closing of the on-off valves 23 and 25 may be controlled so that the discharged fluid passes through the impurity remover 24.

また、実施の形態1では、バイパス通路22に不純物除去器24を配設した場合について説明したが、これに限らず、図6に示すように、水素排出通路19の分岐点Aと合流点Bとの間に、不純物除去器34を配設してもよい。この不純物除去器34としては、不純物除去器24よりも容量が小さなものを使用した。このように、不純物除去器34を配設することで、例えば、燃料電池10の低出力時には、燃料電池10から排出される排出流体の流量が少ない(処理量が少ない)ので、排出流体を水素排出通路19に供給して容量が小さい不純物除去器34を通過させ、燃料電池10の高出力時には、燃料電池10から排出される排出流体の流量が多い(処理量が多い)ので、排出流体をバイパス通路22に供給し、容量が大きい不純物除去器24を通過させるようにすることができ、圧力損失を少なくして、水素ポンプ27等の循環系動力の増加を防止することができる。   In the first embodiment, the case where the impurity remover 24 is disposed in the bypass passage 22 has been described. However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. An impurity remover 34 may be disposed between the two. As the impurity remover 34, one having a smaller capacity than the impurity remover 24 was used. Thus, by providing the impurity remover 34, for example, when the fuel cell 10 has a low output, the flow rate of the discharged fluid discharged from the fuel cell 10 is small (the processing amount is small). When the fuel cell 10 is supplied to the discharge passage 19 and passed through the impurity remover 34 having a small capacity and the fuel cell 10 has a high output, the flow rate of the discharged fluid discharged from the fuel cell 10 is large (the processing amount is large). It can be supplied to the bypass passage 22 and passed through the impurity remover 24 having a large capacity, and the pressure loss can be reduced to prevent an increase in circulation system power such as the hydrogen pump 27.

また、不純物除去器34を配設する場合は、不純物除去器24及び34の容量に応じて、バイパス通路22及び水素排出通路19の分岐点Aよりも下流側に供給する排出流体の量を制御するようにしてもよい。   When the impurity remover 34 is provided, the amount of the exhaust fluid supplied downstream from the branch point A of the bypass passage 22 and the hydrogen discharge passage 19 is controlled according to the capacity of the impurity removers 24 and 34. You may make it do.

ここで、水素循環系の排出流体量は、燃料電池10の出力(電流値等)により、必要な水素循環量を決定しているため、燃料電池10の出力または水素ポンプ27の回転数により、水素循環量が決まることになる。また、燃料電池10の出力が大きいほど、生成水の生成量も増加する。すなわち、L=C×Iである。(但し、Lは、生成水の量、Cは、燃料電池のスタックによる固有定数、Iは、電流値である)。したがって、燃料電池10の低出力時には、燃料電池10から排出される排出流体の流量が少なく、燃料電池10の高出力時には、燃料電池10から排出される排出流体の流量が多いことになる。   Here, since the amount of fluid discharged from the hydrogen circulation system determines the necessary hydrogen circulation amount based on the output (current value, etc.) of the fuel cell 10, it depends on the output of the fuel cell 10 or the rotational speed of the hydrogen pump 27. The amount of hydrogen circulation will be determined. Further, as the output of the fuel cell 10 increases, the amount of generated water increases. That is, L = C × I. (However, L is the amount of produced water, C is an eigen constant by the stack of fuel cells, and I is a current value). Therefore, when the fuel cell 10 has a low output, the flow rate of the discharged fluid discharged from the fuel cell 10 is small, and when the fuel cell 10 has a high output, the flow rate of the discharged fluid discharged from the fuel cell 10 is large.

また、実施の形態1では、開閉弁23及び25の一方を開け、他方を閉じるように制御し、排出流体をバイパス通路22に供給するか、バイパス通路22を通過させずに水素排出通路19を通過させるか、の何れかを行う場合について説明したが、これに限らず、排出流体が、バイパス通路22と、水素排出通路19の分岐点Aより下流側に、各々任意の量で供給されるように、開閉弁23及び25の開閉状態を制御してもよい。例えば、一例として、排出流体の70%程度をバイパス通路22に供給し、30%程度を水素排出通路19の分岐点Aより下流に供給したい場合は、開閉弁23及び25の開閉状態(通路をどのくらい開けるか)を制御して、バイパス通路22と、水素排出通路19の分岐点Aより下流に供給する排出流体の量を任意に決定してもよい。   Further, in the first embodiment, one of the on-off valves 23 and 25 is controlled to be opened and the other is closed, and the discharged fluid is supplied to the bypass passage 22 or the hydrogen discharge passage 19 is not passed through the bypass passage 22. However, the present invention is not limited to this. Exhaust fluid is supplied to the bypass passage 22 and the downstream side of the branch point A of the hydrogen discharge passage 19 in arbitrary amounts. Thus, the open / close state of the open / close valves 23 and 25 may be controlled. For example, as an example, when about 70% of the discharged fluid is supplied to the bypass passage 22 and about 30% is supplied downstream from the branch point A of the hydrogen discharge passage 19, the open / close state of the on-off valves 23 and 25 (the passage is The amount of discharged fluid supplied to the downstream of the bypass passage 22 and the branch point A of the hydrogen discharge passage 19 may be arbitrarily determined.

このバイパス通路22と、水素排出通路19の分岐点Aより下流に供給する排出流体の量は、例えば、不純物除去器24及び34の容量によって決定することもできる。   The amount of the discharge fluid supplied downstream from the branch point A of the bypass passage 22 and the hydrogen discharge passage 19 can be determined by the capacity of the impurity removers 24 and 34, for example.

そしてまた、本発明にかかる燃料電池システムでは、燃料電池10の高出力時に、燃料電池10から排出される排出流体の量が多くなった場合には、圧力損失をより少なくするために、開閉弁23及び25の両方を開けることが考えられるが、この場合、排出流体は、バイパス通路22よりも、水素排出通路19の分岐点Aより下流側の方に流れやすい。したがって、容量の小さな不純物除去器34の寿命が低下することも考えられる。   Further, in the fuel cell system according to the present invention, when the amount of exhaust fluid discharged from the fuel cell 10 increases at the time of high output of the fuel cell 10, the on-off valve is used to reduce the pressure loss. It is conceivable to open both of the openings 23 and 25. In this case, the discharged fluid tends to flow downstream from the branch point A of the hydrogen discharge passage 19 rather than the bypass passage 22. Therefore, it is conceivable that the lifetime of the impurity remover 34 having a small capacity is reduced.

そこで、この対策としては、例えば、図7に示すように、開閉弁25の上流を開閉弁25の下流にバイパスするバイパス通路44をさらに形成し、開閉弁23を開け、開閉弁25を閉じて、排出流体をバイパス通路44に迂回させることが挙げられる。この時、バイパス通路44は、バイパス通路22に供給したい排出流体量と、水素排出通路19の分岐点Aより下流に供給したい排出流体量によって、決定された(算出された)内径を備えることができる。あるいは、バイパス通路44に、所望の径の絞り(オリフィス)を形成しておく、あるいはバイパス通路44に開閉弁を設ける等により、バイパス通路22と、水素排出通路19の分岐点Aより下流に供給する排出流体の量のバランスを任意に決定することができる。   Therefore, as a countermeasure, for example, as shown in FIG. 7, a bypass passage 44 for bypassing the upstream of the on-off valve 25 to the downstream of the on-off valve 25 is further formed, the on-off valve 23 is opened, and the on-off valve 25 is closed. , The exhaust fluid is bypassed to the bypass passage 44. At this time, the bypass passage 44 has an inner diameter that is determined (calculated) depending on the amount of discharged fluid to be supplied to the bypass passage 22 and the amount of discharged fluid to be supplied downstream from the branch point A of the hydrogen discharge passage 19. it can. Alternatively, a restriction (orifice) having a desired diameter is formed in the bypass passage 44 or an on-off valve is provided in the bypass passage 44 to supply the bypass passage 22 and the hydrogen discharge passage 19 downstream from the branch point A. The balance of the amount of discharged fluid to be determined can be arbitrarily determined.

このようにすることで、開閉弁23及び25の両者を開いた際に、圧力損失を低減することができ、不純物除去器34の劣化を防止することができる。また、燃料電池10の低出力時には、開閉弁25が開いており、この状態で不純物除去器34との適合性を取っていれば、バイパス通路44が形成されていることによる影響はない。   By doing in this way, when both the on-off valves 23 and 25 are opened, pressure loss can be reduced and deterioration of the impurity remover 34 can be prevented. Further, when the output of the fuel cell 10 is low, the on-off valve 25 is open, and if compatibility with the impurity remover 34 is taken in this state, there is no influence due to the formation of the bypass passage 44.

また、実施の形態1では、バイパス通路22に開閉弁23を配設し、水素排出通路19に開閉弁25を配設した場合について説明したが、これに限らず、例えば、水素排出通路19の分岐点Aに三方弁を配設し、この三方弁によって、バイパス通路22に供給される排出流体の量と、水素排出通路19に供給される排出流体の量を制御してもよい。   In the first embodiment, the case where the on-off valve 23 is provided in the bypass passage 22 and the on-off valve 25 is provided in the hydrogen discharge passage 19 has been described. A three-way valve may be provided at the branch point A, and the amount of the exhaust fluid supplied to the bypass passage 22 and the amount of the exhaust fluid supplied to the hydrogen discharge passage 19 may be controlled by the three-way valve.

そしてまた、実施の形態1では、水素排出通路19から分岐された分岐通路として、バイパス通路22を形成し、このバイパス通路22を、合流点Bで再び水素排出通路19に合流させた場合について説明したが、これに限らず、分岐通路は、水素排出通路19に再び合流させなくてもよい。   In the first embodiment, the bypass passage 22 is formed as a branch passage branched from the hydrogen discharge passage 19, and the bypass passage 22 is joined again to the hydrogen discharge passage 19 at the junction B. However, the present invention is not limited to this, and the branch passage may not be merged with the hydrogen discharge passage 19 again.

さらにまた、実施の形態1では、不純物除去器24及び34を水素循環系に配設した場合について説明したが、これに限らず、本発明にかかる不純物除去器24及び34は、酸化ガス(空気)供給系あるいは排出系に配設してもよく、また、他の配管系に配設してもよい。   Furthermore, in the first embodiment, the case where the impurity removers 24 and 34 are disposed in the hydrogen circulation system has been described. However, the present invention is not limited to this, and the impurity removers 24 and 34 according to the present invention may be an oxidizing gas (air ) You may arrange | position in a supply system or a discharge system, and may arrange | position in another piping system.

例えば、酸化ガス(空気)排出系にバイパス通路を形成し、不純物除去器を配設する場合は、図11に示すような構成にすることができる。すなわち、空気排出通路14の加湿モジュール8よりも下流側に、導電率計21を配設し、空気排出通路14の導電率計21が配設された位置よりも下流側の分岐点Cでは、分岐通路としてのバイパス通路122が、空気排出通路14から分岐されて形成されている。このバイパス通路122の途中には、開閉弁23を介して不純物除去器24が配設されている。   For example, when a bypass passage is formed in the oxidant gas (air) discharge system and an impurity remover is provided, a configuration as shown in FIG. 11 can be adopted. That is, a conductivity meter 21 is disposed on the downstream side of the humidification module 8 in the air discharge passage 14, and at a branch point C on the downstream side of the position where the conductivity meter 21 of the air discharge passage 14 is disposed, A bypass passage 122 as a branch passage is formed by branching from the air discharge passage 14. An impurity remover 24 is provided in the middle of the bypass passage 122 via an on-off valve 23.

一方、空気排出通路14の分岐点Cよりも下流側は、開閉弁25を介して気液分離器26に接続されている。そして、前記と同様に、導電率計21と、開閉弁23及び25によって、バイパス通路122に流入する排出流体の量と、空気排出通路14の分岐点Cよりも下流側に流入する排出流体の量を制御する流体流入量制御部20を構成している。   On the other hand, the downstream side of the branch point C of the air discharge passage 14 is connected to the gas-liquid separator 26 via the on-off valve 25. Then, in the same manner as described above, the amount of the exhaust fluid flowing into the bypass passage 122 and the amount of the exhaust fluid flowing downstream from the branch point C of the air discharge passage 14 by the conductivity meter 21 and the on-off valves 23 and 25. A fluid inflow amount control unit 20 that controls the amount is configured.

バイパス通路122の不純物除去器24よりも下流側は、空気排出通路14の開閉弁25より下流側の合流点Dで合流されている。そして、空気排出通路14の合流点Dよりも下流側には、気液分離器26が配設されている。   The downstream side of the bypass passage 122 from the impurity remover 24 is joined at a junction point D downstream of the on-off valve 25 of the air discharge passage 14. A gas-liquid separator 26 is disposed downstream of the confluence point D of the air discharge passage 14.

流体流入量制御部20では、燃料電池10から空気排出通路14に排出された排出流体(排出空気及び生成水等の混合流体)の導電率を導電率計21によって測定し、前述した実施の形態1と同様に、この排出流体に含有されている不純物の量が、不純物除去器24で除去すべき量の不純物であるか、否かを判断する。そして、この判断結果に応じて開閉弁23及び25の開閉を制御すればよい。   In the fluid inflow control unit 20, the conductivity of the exhaust fluid (mixed fluid such as exhaust air and generated water) discharged from the fuel cell 10 to the air discharge passage 14 is measured by the conductivity meter 21, and the above-described embodiment. Similar to 1, it is determined whether or not the amount of impurities contained in the discharged fluid is the amount of impurities to be removed by the impurity remover 24. Then, the opening and closing of the on-off valves 23 and 25 may be controlled according to the determination result.

このように、酸化ガス(空気)排出系にバイパス通路122を形成し、不純物除去器24を配設する場合も、燃料電池10から排出される排出流体の全てを不純物除去器24に通過させるのではなく、不純物除去器24を通過させる必要がある排出流体のみ、不純物除去器24を通過させることで、不純物除去器24を通過する排出流体の量を削減することができるため、圧力損失を少なくすることができると共に、不純物除去器24の寿命も向上することができる。   In this way, even when the bypass passage 122 is formed in the oxidizing gas (air) discharge system and the impurity remover 24 is provided, all of the discharged fluid discharged from the fuel cell 10 is allowed to pass through the impurity remover 24. Instead, since only the discharge fluid that needs to pass through the impurity remover 24 is allowed to pass through the impurity remover 24, the amount of discharged fluid that passes through the impurity remover 24 can be reduced, so that the pressure loss is reduced. In addition, the lifetime of the impurity remover 24 can be improved.

なお、図11に示す構成では、バイパス通路122を加湿モジュール8の下流側に形成し、このバイパス通路122に不純物除去器24を配設したが、バイパス通路122は、燃料電池10の空気排出口13と、加湿モジュール8との間に形成してもよい。   In the configuration shown in FIG. 11, the bypass passage 122 is formed on the downstream side of the humidifying module 8, and the impurity remover 24 is disposed in the bypass passage 122. The bypass passage 122 is an air outlet of the fuel cell 10. 13 and the humidification module 8 may be formed.

また、酸化ガス(空気)排出系にバイパス通路122を形成し、不純物除去器24を配設する場合も、図6に示す技術に準じ、空気排出通路14の分岐点Cと合流点Dとの間、具体的には、図11に示す開閉弁25合流点Dとの間に、他の不純物除去器を配設してもよい。そしてまた、図7に示す技術に準じ、開閉弁25の上流を開閉弁25の下流にバイパスするバイパス通路をさらに形成し、開閉弁23を開け、開閉弁25を閉じて、排出流体をバイパス通路に迂回させるようにしてもよい。   Further, when the bypass passage 122 is formed in the oxidant gas (air) discharge system and the impurity remover 24 is provided, the branch point C and the junction point D of the air discharge passage 14 are also in accordance with the technique shown in FIG. More specifically, another impurity remover may be disposed between the junction point D of the on-off valve 25 shown in FIG. Further, in accordance with the technique shown in FIG. 7, a bypass passage is further formed to bypass the upstream of the on-off valve 25 to the downstream of the on-off valve 25, the on-off valve 23 is opened, the on-off valve 25 is closed, and the discharged fluid is bypassed. You may make it detour.

さらにまた、バイパス通路及び不純物除去器は、水素循環系及び酸化ガス排出系の両方に配設してもよいことは勿論である。   Furthermore, it goes without saying that the bypass passage and the impurity remover may be disposed in both the hydrogen circulation system and the oxidizing gas discharge system.

そしてまた、実施の形態1では、不純物除去器24及び34として、イオン交換器を使用した場合について説明したが、これに限らず、本発明にかかる不純物除去器は、流体中の不純物を除去することが可能であれば、イオン交換樹脂を主体とした構成を備えていなくてもよい。   In the first embodiment, an ion exchanger is used as the impurity removers 24 and 34. However, the present invention is not limited to this, and the impurity remover according to the present invention removes impurities in the fluid. If possible, it is not necessary to have a configuration mainly composed of an ion exchange resin.

また、実施の形態1では、気液分離器26としてサイクロン式気液分離器を使用した場合について説明したが、これに限らず、他の方式により気液を分離する気液分離器を使用してもよいことは勿論である。   In the first embodiment, the case where a cyclone gas-liquid separator is used as the gas-liquid separator 26 has been described. However, the present invention is not limited to this, and a gas-liquid separator that separates gas and liquid by another method is used. Of course, it may be.

(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2にかかる燃料電池システムについて図面を参照して説明する。
(Embodiment 2)
Next, a fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to the drawings.

図12は、実施の形態2にかかる燃料電池システムの概略構成図である。なお、実施の形態2では、実施の形態1と同様の部材には、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。   FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to the second embodiment. In the second embodiment, the same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図12に示すように、実施の形態2にかかる燃料電池システム2の、実施の形態1にかかる燃料電池システム1と異なる主な点は、水素供給通路17から分岐通路としてのバイパス通路222を分岐させ、このバイパス通路222に、不純物除去器24を配設した点である。   As shown in FIG. 12, the main difference of the fuel cell system 2 according to the second embodiment from the fuel cell system 1 according to the first embodiment is that a bypass passage 222 is branched from the hydrogen supply passage 17 as a branch passage. The impurity removing device 24 is disposed in the bypass passage 222.

すなわち、水素供給通路17には、燃料電池10の水素排出口18に接続された水素排出通路19が、合流点Eで合流しており、水素供給通路17は、合流点Eの下流側が、燃料電池10から排出された未反応の水素を再び燃料電池10に供給するための循環通路の役割を果たしている。水素供給通路17の合流点Eよりも下流側には、三方弁からなる開閉弁123が設けられており、この開閉弁123を分岐点Fとして、ここからバイパス通路222が分岐されている。バイパス通路222には、不純物除去器24が配設されている。そして、このバイパス通路222不純物除去器24よりも下流側は、合流点Gで水素供給通路17に合流している。   That is, a hydrogen discharge passage 19 connected to a hydrogen discharge port 18 of the fuel cell 10 is joined to the hydrogen supply passage 17 at a junction E, and the hydrogen supply passage 17 has a fuel downstream at the junction E. It serves as a circulation path for supplying unreacted hydrogen discharged from the battery 10 to the fuel cell 10 again. On the downstream side of the junction point E of the hydrogen supply passage 17, an on-off valve 123 composed of a three-way valve is provided. The on-off valve 123 serves as a branch point F, and a bypass passage 222 is branched therefrom. An impurity remover 24 is disposed in the bypass passage 222. The downstream side of the bypass passage 222 from the impurity remover 24 joins the hydrogen supply passage 17 at a junction G.

燃料電池10には、燃料電池10の負荷を測定する図示しない負荷測定装置が接続されており、図13に示す各ステップによって、開閉弁123の開閉を制御している。すなわち、先ず、負荷測定装置によって測定された値から水素循環量を、図8に示すグラフに基づいて算出する。(ステップS201)。次に、ステップS201で得られた水素循環量が、予め設定されている閾値よりも小さい場合(ステップS202:YES)は、水素供給通路17(燃料電池10からの循環水素も供給される循環通路でもある)を通過する水素を不純物除去器24に通過させなくてもよいと判断し、水素供給通路17が開放され、バイパス通路222が閉鎖されるよう開閉弁123を調整する。(ステップS203)。この動作により、水素供給通路17を流通する水素(循環水素を含む)は、バイパス通路222には流れず、よって、不純物除去器24を通過せずに燃料電池10に供給される。   A load measuring device (not shown) for measuring the load of the fuel cell 10 is connected to the fuel cell 10, and the opening and closing of the on-off valve 123 is controlled by each step shown in FIG. That is, first, the hydrogen circulation amount is calculated based on the graph shown in FIG. 8 from the value measured by the load measuring device. (Step S201). Next, when the hydrogen circulation amount obtained in step S201 is smaller than a preset threshold value (step S202: YES), the hydrogen supply passage 17 (the circulation passage through which the circulating hydrogen from the fuel cell 10 is also supplied). It is determined that it is not necessary to pass the hydrogen passing through the impurity remover 24, and the on-off valve 123 is adjusted so that the hydrogen supply passage 17 is opened and the bypass passage 222 is closed. (Step S203). By this operation, hydrogen (including circulating hydrogen) flowing through the hydrogen supply passage 17 does not flow into the bypass passage 222 and is thus supplied to the fuel cell 10 without passing through the impurity remover 24.

一方、ステップS201で得られた水素循環量が、予め設定されている閾値を超えた場合(ステップS202:NO)は、水素供給通路17を流通する水素(循環水素を含む)を不純物除去器24に通過させて不純物を除去すべきと判断し、水素供給通路17が閉鎖され、バイパス通路222が開放されるよう開閉弁123を調整する。(ステップS204)。この動作により、水素供給通路17を流通する水素は、バイパス通路222側に流れ、不純物除去器24によって、不純物が除去された後、燃料電池10に供給される。   On the other hand, when the hydrogen circulation amount obtained in step S201 exceeds a preset threshold value (step S202: NO), hydrogen (including circulating hydrogen) flowing through the hydrogen supply passage 17 is removed from the impurity remover 24. Therefore, it is determined that impurities should be removed, and the on-off valve 123 is adjusted so that the hydrogen supply passage 17 is closed and the bypass passage 222 is opened. (Step S204). By this operation, the hydrogen flowing through the hydrogen supply passage 17 flows to the bypass passage 222 side and is supplied to the fuel cell 10 after impurities are removed by the impurity remover 24.

なお、実施の形態2では、図示しない負荷測定装置と、開閉弁123によって、バイパス通路222に流入する水素の量を制御する流体流入量制御部を構成している。   In the second embodiment, a fluid inflow control unit that controls the amount of hydrogen flowing into the bypass passage 222 is configured by a load measuring device (not shown) and the on-off valve 123.

このように、燃料電池10から排出された未反応の水素(循環水素)及び水素供給源16から供給される水素の全てを不純物除去器24に通過させるのではなく、不純物除去器24を通過させる必要がある水素のみ、不純物除去器24を通過させることで、不純物除去器24を通過する水素の量を削減することができるため、圧力損失を少なくすることができると共に、不純物除去器24の寿命も向上することができる。   In this way, not all of the unreacted hydrogen (circulated hydrogen) discharged from the fuel cell 10 and the hydrogen supplied from the hydrogen supply source 16 are allowed to pass through the impurity remover 24 instead of passing through the impurity remover 24. By passing only the necessary hydrogen through the impurity remover 24, the amount of hydrogen passing through the impurity remover 24 can be reduced, so that pressure loss can be reduced and the lifetime of the impurity remover 24 can be reduced. Can also be improved.

なお、実施の形態2では、三方弁からなる開閉弁123を使用して、水素供給通路17とバイパス通路222との切り換えを行った場合について説明したが、これに限らず、例えば、水素供給通路17の合流点Eよりも下流側に開閉弁を配設し、バイパス通路222の不純物除去器24よりも上流側に開閉弁を配設し、前記両開閉弁を制御することで、水素供給通路17とバイパス通路222との切り換えを行ってもよい。   In the second embodiment, the case where the switching between the hydrogen supply passage 17 and the bypass passage 222 is performed using the on-off valve 123 formed of a three-way valve has been described. The on-off valve is disposed downstream of the junction point E of FIG. 17, the on-off valve is disposed on the upstream side of the impurity remover 24 in the bypass passage 222, and both the on-off valves are controlled to thereby control the hydrogen supply passage. 17 and the bypass passage 222 may be switched.

また、開閉弁123の制御は、図14に示すように、実施の形態2で説明したステップS201を行った後、算出された水素循環量に応じて、開閉弁123の弁開度を、図15に示すグラフに基づいて設定してもよい。そしてまた、図16に示すように、例えば、フラップ弁124の開閉を制御することによって、水素供給通路17とバイパス通路222との切り換えを行ってもよい。   Further, as shown in FIG. 14, the control of the on-off valve 123 is performed after the step S 201 described in the second embodiment is performed, and the opening degree of the on-off valve 123 is changed according to the calculated hydrogen circulation amount. You may set based on the graph shown in FIG. Further, as shown in FIG. 16, for example, switching between the hydrogen supply passage 17 and the bypass passage 222 may be performed by controlling opening and closing of the flap valve 124.

また、図12に示すシステムの酸化ガス(空気)排出系にも、図11に示すようなバイパス通路122を形成し、不純物除去器24を配設してもよい。   Further, a bypass passage 122 as shown in FIG. 11 may be formed in the oxidizing gas (air) discharge system of the system shown in FIG.

本発明の実施の形態にかかる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 according to an embodiment of the present invention. 図1に示す燃料電池から排出された排出ガスの導電率と、当該排出ガスに含有されている不純物量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the electrical conductivity of the exhaust gas discharged | emitted from the fuel cell shown in FIG. 1, and the amount of impurities contained in the said exhaust gas. 図1に示す流体流入量制御部の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the fluid inflow amount control part shown in FIG. 本発明の他の実施の形態にかかる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 concerning other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態にかかる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 concerning other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態にかかる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 concerning other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態にかかる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 concerning other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態にかかる燃料電池システムの燃料電池負荷と循環水素流量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the fuel cell load of the fuel cell system concerning other embodiment of this invention, and a circulating hydrogen flow rate. 本発明の他の実施の形態にかかる燃料電池システムの水素排出通路に排出された排出流体(循環水素流量)と圧力損失との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the discharge fluid (circulation hydrogen flow rate) discharged | emitted by the hydrogen discharge passage of the fuel cell system concerning other embodiment of this invention, and pressure loss. 本発明の他の実施の形態にかかる燃料電池システムの燃料電池負荷と排出流体のイオン濃度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the fuel cell load of the fuel cell system concerning other embodiment of this invention, and the ion concentration of discharge fluid. 本発明の他の実施の形態にかかる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 concerning other embodiment of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる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 concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる燃料電池システムの流体流入量制御部の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the fluid inflow amount control part of the fuel cell system concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の他の実施の形態にかかる燃料電池システムの流体流入量制御部の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the fluid inflow amount control part of the fuel cell system concerning other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態にかかる燃料電池システムの循環水素流量とバイパス比との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the circulating hydrogen flow rate and bypass ratio of the fuel cell system concerning other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態にかかる燃料電池システムの一部を示す概略図である。It is the schematic which shows a part of fuel cell system concerning other embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池システム
10 燃料電池
20 流体流入量制御部
19 水素排出通路
21、30 導電率計
22、44、122、222 バイパス通路
23、25、123 開閉弁
24、34 不純物除去器
26 気液分離器
31 流量計
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 10 Fuel cell 20 Fluid inflow control part 19 Hydrogen discharge passage 21, 30 Conductivity meter 22, 44, 122, 222 Bypass passage 23, 25, 123 On-off valve 24, 34 Impurity remover 26 Gas-liquid separator 31 Flow meter

Claims (11)

燃料電池から排出される排出流体が流通する排出通路に、当該排出流体に混入する不純物を除去する不純物除去器を配設してなる燃料電池システムであって、
前記排出通路から分岐された分岐通路と、
前記分岐通路よりも上流側に配置され、当該分岐通路と前記排出通路に流入する排出流体の量を制御する流体流入量制御手段と、
を備え、
前記不純物除去器を前記分岐通路に配設してなる燃料電池システム。
A fuel cell system in which an impurity remover for removing impurities mixed in the exhaust fluid is disposed in a discharge passage through which the exhaust fluid discharged from the fuel cell flows,
A branch passage branched from the discharge passage;
Fluid inflow control means for controlling the amount of exhaust fluid flowing into the branch passage and the discharge passage, disposed upstream of the branch passage;
With
A fuel cell system in which the impurity remover is disposed in the branch passage.
前記流体流入量制御手段は、前記分岐通路及び排出通路の少なくとも一方に前記排出流体を流入させる開閉弁を備えてなる請求項1記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fluid inflow amount control means includes an on-off valve that allows the exhaust fluid to flow into at least one of the branch passage and the discharge passage. 前記流体流入量制御手段は、前記燃料電池の運転状態により決定される値に応じて、前記分岐通路及び排出通路に流入する排出流体の量を制御する請求項1または請求項2記載の燃料電池システム。   3. The fuel cell according to claim 1, wherein the fluid inflow amount control means controls the amount of exhaust fluid flowing into the branch passage and the discharge passage according to a value determined by an operating state of the fuel cell. system. 前記燃料電池の運転状態により決定される値が、前記排出流体の状態量である請求項3記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 3, wherein the value determined by the operating state of the fuel cell is a state quantity of the exhaust fluid. 前記排出流体の状態量が、当該排出流体の導電率、圧力、流量、pH、イオン濃度の少なくとも一つである請求項4記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 4, wherein the state quantity of the exhaust fluid is at least one of conductivity, pressure, flow rate, pH, and ion concentration of the exhaust fluid. 前記燃料電池の運転状態により決定される値が、前記排出流体を吸引するポンプの動作状態に基づく請求項3記載の燃料システム。   The fuel system according to claim 3, wherein a value determined by an operating state of the fuel cell is based on an operating state of a pump that sucks the discharged fluid. 前記燃料電池の運転状態により決定される値が、当該燃料電池の発電状態に基づく請求項3記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 3, wherein a value determined by an operating state of the fuel cell is based on a power generation state of the fuel cell. 前記排出通路の、前記分岐通路の分岐点より下流側且つ当該分岐通路の合流点より上流側に、不純物除去部器を配設してなる請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載の燃料電池システム。   8. The impurity removing unit is disposed on the discharge passage downstream from the branch point of the branch passage and upstream from the junction of the branch passage. 8. Fuel cell system. 前記排出通路に配設された不純物除去器の容量は、前記分岐通路に配設された不純物除去器の容量よりも小さい請求項8記載の燃料電池システム。   9. The fuel cell system according to claim 8, wherein a capacity of the impurity remover disposed in the discharge passage is smaller than a capacity of the impurity remover disposed in the branch passage. 前記流体流入量制御手段は、前記不純物除去器の容量に応じて、前記分岐通路と前記排出通路に流入する排出流体の量を制御する請求項9記載の燃料電池システム。   10. The fuel cell system according to claim 9, wherein the fluid inflow amount control means controls the amount of exhaust fluid flowing into the branch passage and the discharge passage in accordance with the capacity of the impurity remover. 燃料電池から排出される燃料ガスが流通する循環通路に、当該燃料ガスに混入する不純物を除去する不純物除去器を配設してなる燃料電池システムであって、
前記循環通路から分岐された分岐通路と、
前記分岐通路よりも上流側に配置され、当該分岐通路と前記循環通路に流入する燃料ガスの量を制御する流体流入量制御手段と、
を備え、
前記不純物除去器を前記分岐通路に配設してなる燃料電池システム。


A fuel cell system in which an impurity remover for removing impurities mixed in the fuel gas is disposed in a circulation passage through which the fuel gas discharged from the fuel cell flows.
A branch passage branched from the circulation passage;
A fluid inflow control means that is disposed upstream of the branch passage and controls the amount of fuel gas flowing into the branch passage and the circulation passage;
With
A fuel cell system in which the impurity remover is disposed in the branch passage.


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