JP2006134741A - Fuel cell - Google Patents

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亮一 下井
Shohei Nagasato
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    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent deterioration of a catalyst caused by a reaction between a fuel gas and an oxidizer gas in storage after fuel cell stop. <P>SOLUTION: This fuel cell is so controlled that supply of either of the fuel gas and the oxidizer gas is stopped in stopping the operation of the fuel cell; a power consumption means 2 is connected thereto; and, after the gas remaining in the fuel cell by the supply stop is consumed by a reaction with the other-side gas, the supply of the other-side gas is stopped. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池の停止制御に関するものである。   The present invention relates to fuel cell stop control.

燃料電池は、燃料極と酸化剤極とを有しており、燃料極に供給される水素を含んだ燃料ガスと酸化剤極に供給される酸化剤ガスとが化学反応することで発電を行う。例えば溶融炭酸塩型燃料電池においては、酸化剤極側の反応に二酸化炭素が必要となるので、燃料極側の排ガスは燃料処理装置で燃焼させて熱回収を行った後、凝縮器で水を分離してから炭酸ガスとして酸化剤極側へ供給される。   The fuel cell has a fuel electrode and an oxidant electrode, and generates electricity by a chemical reaction between a fuel gas containing hydrogen supplied to the fuel electrode and an oxidant gas supplied to the oxidant electrode. . For example, in a molten carbonate fuel cell, carbon dioxide is required for the reaction on the oxidizer electrode side, so the exhaust gas on the fuel electrode side is combusted by the fuel processing device and heat is recovered, and then water is discharged by the condenser. After separation, the carbon dioxide gas is supplied to the oxidizer electrode side.

これにより、燃料電池停止時に酸化剤極側の圧力は急速に減少するのに対して、燃料極側では燃料ガスの圧力が燃料処理装置及び凝縮器を経てから開放されるので急速には減少しない。よって、燃料極側の圧力と酸化剤極側の圧力との間に差圧が発生し、この差圧が許容値を超えるおそれがある。   As a result, the pressure on the oxidizer electrode side rapidly decreases when the fuel cell is stopped, whereas the pressure on the fuel electrode side does not decrease rapidly because the pressure of the fuel gas is released after passing through the fuel processing device and the condenser. . Therefore, a differential pressure is generated between the pressure on the fuel electrode side and the pressure on the oxidant electrode side, and this differential pressure may exceed an allowable value.

そこで、燃料電池が停止してから一定時間酸化剤極側に酸化剤ガスを供給することにより燃料極側と酸化剤極側との差圧を許容値以下に抑制することができる技術が特許文献1に記載されている。
特開平8−45527号公報
Therefore, a technique that can suppress the differential pressure between the fuel electrode side and the oxidant electrode side to an allowable value or less by supplying an oxidant gas to the oxidant electrode side for a certain period of time after the fuel cell is stopped is disclosed in Patent Literature 1.
JP-A-8-45527

しかし上記従来の技術では、燃料極側と酸化剤極側との差圧を許容値以下に抑制することを目的として燃料電池停止後の一定時間だけ酸化剤極側に酸化剤ガスを供給するので、燃料電池停止後の保管時に燃料極側に残留した燃料ガスと酸化剤ガスとの反応によって触媒が劣化するおそれがある。   However, in the above conventional technique, the oxidant gas is supplied to the oxidant electrode side for a certain period of time after the fuel cell is stopped for the purpose of suppressing the differential pressure between the fuel electrode side and the oxidant electrode side below the allowable value. The catalyst may deteriorate due to the reaction between the fuel gas remaining on the fuel electrode side and the oxidant gas during storage after stopping the fuel cell.

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、燃料電池停止後の保管時に燃料ガスと酸化剤ガスとの反応によって生じる触媒の劣化を防止することができる燃料電池を提供することを目的としている。   The present invention has been made paying attention to such conventional problems, and can prevent deterioration of the catalyst caused by the reaction between the fuel gas and the oxidant gas during storage after stopping the fuel cell. The purpose is to provide.

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。   The present invention solves the above problems by the following means. In addition, in order to make an understanding easy, although the code | symbol corresponding to embodiment of this invention is attached | subjected, it is not limited to this.

本発明は、水素を含んだ燃料ガスが供給される燃料極と酸素を含んだ酸化剤ガスが供給される酸化剤極とを有する燃料電池において、燃料極と酸化剤極との間を接続することで燃料ガスと酸化剤ガスとの反応によって発生する電力を消費する電力消費手段(2)と、燃料電池の作動停止時に、燃料ガス又は酸化剤ガスのいずれか一方のガスの供給を停止するとともに電力消費手段(2)を接続し、供給停止によって燃料電池内に残留するガスが他方のガスとの反応によって消費されてから他方のガスの供給を停止するように制御する停止制御手段(S103〜S110)とを備えることを特徴とする。   The present invention provides a fuel cell having a fuel electrode supplied with a fuel gas containing hydrogen and an oxidant electrode supplied with an oxidant gas containing oxygen, and connecting the fuel electrode and the oxidant electrode. Thus, the power consumption means (2) that consumes the power generated by the reaction between the fuel gas and the oxidant gas and the supply of either the fuel gas or the oxidant gas are stopped when the operation of the fuel cell is stopped. In addition, the power consumption means (2) is connected to the stop control means (S103) for controlling the supply of the other gas to be stopped after the gas remaining in the fuel cell due to the supply stop is consumed by the reaction with the other gas. To S110).

本発明によれば、燃料電池停止後の保管時に燃料極に残留する燃料ガスと燃料極に混入してくる酸化剤ガスとの反応を抑制することができるので、触媒層の劣化を防止して耐久性及び信頼性を向上させることができる。   According to the present invention, it is possible to suppress the reaction between the fuel gas remaining in the fuel electrode and the oxidant gas mixed in the fuel electrode during storage after the fuel cell is stopped. Durability and reliability can be improved.

以下では図面等を参照して本発明の実施の形態について詳しく説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本実施形態における燃料電池を示す全体構成図である。本実施形態における燃料電池は、燃料電池スタック1と、放電装置2と、コントローラ3とを備えている。   FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a fuel cell in the present embodiment. The fuel cell in the present embodiment includes a fuel cell stack 1, a discharge device 2, and a controller 3.

燃料電池スタック1は、燃料極と酸化剤極とを有するセルを集合化して構成されている。燃料電池スタック1には、燃料ガスを供給する燃料入口配管4及び反応後のガスを排出する燃料出口配管5が燃料極側に接続され、酸化剤ガスを供給する酸化剤入口配管6及び反応後のガスを排出する酸化剤出口配管7が酸化剤極側に接続される。また、燃料入口配管4には燃料を供給するための燃料用ブロアー8が接続され、燃料電池スタック1との間に燃料の供給を遮断するための遮断弁9が備えられる。さらに、燃料出口配管5には燃料の排出を遮断するための遮断弁10が備えられる。同様に、酸化剤入口配管6には酸化剤を供給するための酸化剤用ブロアー11が接続され、燃料電池スタック1との間に酸化剤の供給を遮断するための遮断弁12が備えられる。また、酸化剤出口配管7には酸化剤を遮断するための遮断弁13が備えられる。このように燃料電池スタック1は、燃料極に供給される燃料ガスと酸化剤極に供給される酸化剤ガスとを化学反応させることで発電を行う。   The fuel cell stack 1 is configured by assembling cells having a fuel electrode and an oxidant electrode. In the fuel cell stack 1, a fuel inlet pipe 4 for supplying fuel gas and a fuel outlet pipe 5 for discharging the reacted gas are connected to the fuel electrode side, and an oxidant inlet pipe 6 for supplying an oxidant gas and a post-reaction. An oxidant outlet pipe 7 for discharging the gas is connected to the oxidant electrode side. A fuel blower 8 for supplying fuel is connected to the fuel inlet pipe 4, and a shutoff valve 9 for shutting off the fuel supply is provided between the fuel inlet pipe 4 and the fuel cell stack 1. Further, the fuel outlet pipe 5 is provided with a shutoff valve 10 for shutting off fuel discharge. Similarly, an oxidant blower 11 for supplying an oxidant is connected to the oxidant inlet pipe 6, and a shutoff valve 12 for blocking the supply of the oxidant is provided between the oxidant inlet pipe 6 and the fuel cell stack 1. The oxidant outlet pipe 7 is provided with a shutoff valve 13 for shutting off the oxidant. As described above, the fuel cell stack 1 generates power by causing a chemical reaction between the fuel gas supplied to the fuel electrode and the oxidant gas supplied to the oxidant electrode.

放電装置2(電力消費手段)は、燃料極と酸化剤極との間でスイッチ14と電気導線15とを介して電気的に接続された放電用抵抗である。放電装置2は、燃料電池の作動停止時にスイッチ14を閉状態にすることで燃料極に残留する燃料ガスと酸化剤極に供給される酸化剤ガスとの反応によって発生する電力を消費する。   The discharge device 2 (power consuming means) is a discharge resistor electrically connected between the fuel electrode and the oxidant electrode via the switch 14 and the electric conductor 15. The discharge device 2 consumes electric power generated by the reaction between the fuel gas remaining in the fuel electrode and the oxidant gas supplied to the oxidant electrode by closing the switch 14 when the fuel cell is stopped.

コントローラ3は、燃料電池の作動停止時に燃料電池の停止時間を予測し、予測した停止時間に基づいて放電装置2のスイッチ14、燃料用ブロワー8、酸化剤用ブロワー11、遮断弁9、10、12、13を信号ケーブル16を介して制御する。   The controller 3 predicts the stop time of the fuel cell when the operation of the fuel cell is stopped, and based on the predicted stop time, the switch 14, the fuel blower 8, the oxidant blower 11, the shut-off valves 9, 10, 12 and 13 are controlled via a signal cable 16.

次に、コントローラ3で行う制御について図2を参照しながら説明する。図2は本実施形態における燃料電池停止時の制御を示したフローチャートである。   Next, the control performed by the controller 3 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart showing the control when the fuel cell is stopped in the present embodiment.

ステップS101では、燃料電池の停止時間を予測する。停止時間とは、燃料電池の作動停止時から次回起動するまでの時間であり、例えば時間帯などに基づいて予測される。なお、燃料電池の作動停止時とは例えば燃料電池が搭載される車両の状態を運転者のキー操作によって運転状態から停止状態にした時である。   In step S101, the stop time of the fuel cell is predicted. The stop time is the time from when the fuel cell is stopped to when it is next started, and is predicted based on, for example, a time zone. Note that when the operation of the fuel cell is stopped, for example, the state of the vehicle on which the fuel cell is mounted is changed from the driving state to the stopped state by the driver's key operation.

ステップS102では、予測した停止時間が所定時間以上か否かを判定する。予測した停止時間が所定時間以上であればステップS103へ進み、予測した時間が所定時間未満であればステップS107へ進む。所定時間は、燃料電池停止時に燃料極側の配管に酸化剤ガスが混入して酸化剤ガスの濃度が所定の濃度(例えば3%)になるまでに要する時間に設定される。これにより、停止時間が所定時間よりも長く、酸化剤ガスの濃度が所定の濃度に達する可能性があるときはステップS103に進み、所定の濃度に達する可能性がないときはステップS107に進むことになる。なお所定時間は、燃料電池スタック1のシールや弁のシールによって異なるので使用する燃料電池に応じて予め実験などによって求めておく。   In step S102, it is determined whether or not the predicted stop time is equal to or longer than a predetermined time. If the predicted stop time is equal to or longer than the predetermined time, the process proceeds to step S103, and if the predicted time is less than the predetermined time, the process proceeds to step S107. The predetermined time is set to a time required for the oxidant gas to enter the fuel electrode side pipe when the fuel cell is stopped and the concentration of the oxidant gas reaches a predetermined concentration (eg, 3%). Accordingly, when the stop time is longer than the predetermined time and the concentration of the oxidant gas may reach the predetermined concentration, the process proceeds to step S103, and when there is no possibility that the predetermined concentration is reached, the process proceeds to step S107. become. The predetermined time varies depending on the seal of the fuel cell stack 1 and the seal of the valve. Therefore, the predetermined time is obtained in advance by experiments or the like according to the fuel cell used.

予測した停止時間が所定時間以上と判定されるときに実行されるステップS103以降では、燃料電池内の燃料ガスを消費する処理を行う。これは、燃料電池停止後に燃料極に混入する酸化剤ガスの濃度が上昇し、残留する燃料ガスと酸化剤ガスとの反応によって触媒が劣化しないように、燃料電池内の燃料ガスの濃度を下げるためである。   In step S103 and subsequent steps executed when it is determined that the predicted stop time is equal to or longer than the predetermined time, processing for consuming the fuel gas in the fuel cell is performed. This lowers the concentration of the fuel gas in the fuel cell so that the concentration of the oxidant gas mixed into the fuel electrode after the fuel cell stops increases and the catalyst does not deteriorate due to the reaction between the remaining fuel gas and the oxidant gas. Because.

ステップS103以降の処理について説明すると、ステップS103では、燃料ガスの供給を停止させる。燃料ガスの供給は、燃料用ブロアー8を停止して流量がゼロになった後に、遮断弁9、10を閉弁することで停止させる。   The process after step S103 will be described. In step S103, the supply of fuel gas is stopped. The supply of the fuel gas is stopped by closing the shutoff valves 9 and 10 after the fuel blower 8 is stopped and the flow rate becomes zero.

ステップS104では、放電装置2のスイッチを閉状態にする。これにより、燃料極に残留する燃料ガスと酸化剤極に供給される酸化剤ガスとの反応によって燃料極と酸化剤極との間に発生する電力を消費させる。   In step S104, the switch of the discharge device 2 is closed. As a result, the electric power generated between the fuel electrode and the oxidant electrode is consumed by the reaction between the fuel gas remaining in the fuel electrode and the oxidant gas supplied to the oxidant electrode.

ステップS105では、燃料電池スタック1の電圧が所定電圧より小さいか否かを判定する。放電装置2の電圧が所定電圧より小さければステップS106へ進み、放電装置2の電圧が所定電圧以上であれば再度ステップS105へ進む。ここで所定電圧とは、燃料電池スタック1の内部の燃料ガスがほぼ完全に消費されたときの燃料電池スタック1の電圧であり、予め実験などによって求めておく。また、燃料電池スタック1の電圧は燃料電池スタック1に設けた電圧センサで検出してもよいし、放電装置2に印加される電圧として検出してもよい。   In step S105, it is determined whether the voltage of the fuel cell stack 1 is smaller than a predetermined voltage. If the voltage of the discharge device 2 is smaller than the predetermined voltage, the process proceeds to step S106, and if the voltage of the discharge device 2 is equal to or higher than the predetermined voltage, the process proceeds to step S105 again. Here, the predetermined voltage is a voltage of the fuel cell stack 1 when the fuel gas inside the fuel cell stack 1 is almost completely consumed, and is obtained in advance by an experiment or the like. The voltage of the fuel cell stack 1 may be detected by a voltage sensor provided in the fuel cell stack 1 or may be detected as a voltage applied to the discharge device 2.

ステップS106では、酸化剤ガスの供給を停止させる。酸化剤ガスの供給は、酸化剤用ブロアー11を停止して流量がゼロになった後に、遮断弁12、13を閉弁することで停止させる。   In step S106, the supply of the oxidant gas is stopped. The supply of the oxidant gas is stopped by closing the shutoff valves 12 and 13 after the oxidant blower 11 is stopped and the flow rate becomes zero.

一方、ステップS102において予測した停止時間が所定時間未満であるときに実行されるステップS107以降では、酸化剤ガスを消費する処理を行う。これは、予測した停止時間が所定時間未満であると判定されたときは燃料極における酸化剤ガスの濃度が所定の濃度以上となる前に燃料電池が起動されるので燃料電池保管時に触媒の劣化は生じないが、次回起動時に燃料極において燃料ガスと酸化剤ガスとが直接反応することにより触媒の劣化を生じるおそれがあり、燃料極に酸化剤ガスが混入しないように酸化剤ガスを消費させる必要があるからである。   On the other hand, in step S107 and subsequent steps executed when the stop time predicted in step S102 is less than the predetermined time, a process for consuming the oxidant gas is performed. This is because when the predicted stop time is determined to be less than the predetermined time, the fuel cell is started before the concentration of the oxidant gas at the fuel electrode becomes equal to or higher than the predetermined concentration. However, there is a risk of catalyst deterioration due to direct reaction between the fuel gas and the oxidant gas at the fuel electrode at the next startup, and the oxidant gas is consumed so that the oxidant gas does not enter the fuel electrode. It is necessary.

ステップS107以降の処理について説明すると、ステップS107では、酸化剤ガスの供給を停止させる。酸化剤ガスの供給は、酸化剤用ブロアー11を停止して流量がゼロになった後に、遮断弁12、13を閉弁することで停止させる。   The process after step S107 will be described. In step S107, the supply of the oxidizing gas is stopped. The supply of the oxidant gas is stopped by closing the shutoff valves 12 and 13 after the oxidant blower 11 is stopped and the flow rate becomes zero.

ステップS108では、放電装置2のスイッチ14を閉状態にする。これにより、酸化剤極に残留する酸化剤ガスと燃料極に供給される燃料ガスとの反応によって燃料極と酸化剤極との間に発生する電力を消費させる。   In step S108, the switch 14 of the discharge device 2 is closed. As a result, the electric power generated between the fuel electrode and the oxidant electrode is consumed by the reaction between the oxidant gas remaining in the oxidant electrode and the fuel gas supplied to the fuel electrode.

ステップS109では、燃料電池スタック1の電圧が所定電圧より小さいか否かを判定する。燃料電池スタック1の電圧が所定電圧より小さければステップS110へ進み、燃料電池スタック1の電圧が所定電圧以上であれば再度ステップS109へ進む。ここで所定電圧とは、燃料電池スタック1の内部の酸化剤ガスがほぼ完全に消費されたときの燃料電池スタック1の電圧であり、予め実験などによって求めておく。   In step S109, it is determined whether or not the voltage of the fuel cell stack 1 is smaller than a predetermined voltage. If the voltage of the fuel cell stack 1 is lower than the predetermined voltage, the process proceeds to step S110. If the voltage of the fuel cell stack 1 is equal to or higher than the predetermined voltage, the process proceeds to step S109 again. Here, the predetermined voltage is a voltage of the fuel cell stack 1 when the oxidant gas inside the fuel cell stack 1 is almost completely consumed, and is obtained in advance by an experiment or the like.

ステップS110では、燃料ガスの供給を停止させる。燃料ガスの供給は、燃料用ブロアー8を停止して流量がゼロになった後に、遮断弁9、10を閉弁することで停止させる。   In step S110, the supply of fuel gas is stopped. The supply of the fuel gas is stopped by closing the shutoff valves 9 and 10 after the fuel blower 8 is stopped and the flow rate becomes zero.

ステップS111では、実停止時間が所定時間以上経過したか否かを判定する。実停止時間が所定時間以上経過していればステップS112へ進み、実停止時間が所定時間未満しか経過していなければステップS101へ進む。実停止時間とは燃料電池の作動停止時から現在までに経過した時間である。また、所定時間はステップS102で使用した所定時間である。すなわち、燃料極における酸化剤ガスの濃度が所定の濃度以上となることが予測され、前もって燃料電池内の酸化剤ガスを消費しておく必要があると判断される時間である。   In step S111, it is determined whether or not the actual stop time has exceeded a predetermined time. If the actual stop time has exceeded the predetermined time, the process proceeds to step S112, and if the actual stop time is less than the predetermined time, the process proceeds to step S101. The actual stop time is the time elapsed from when the fuel cell was stopped to the present time. The predetermined time is the predetermined time used in step S102. That is, it is a time when it is predicted that the concentration of the oxidant gas in the fuel electrode is equal to or higher than a predetermined concentration, and it is necessary to consume the oxidant gas in the fuel cell beforehand.

ステップS112では、酸化剤ガスの供給を開始する。酸化剤ガスの供給は、遮断弁12、13を開弁して酸化剤用ブロアー11を作動させることで開始させる。   In step S112, supply of oxidant gas is started. The supply of the oxidant gas is started by opening the shutoff valves 12 and 13 and operating the oxidant blower 11.

ステップS113では、燃料電池スタック1の電圧が所定電圧より小さいか否かを判定する。燃料電池スタック1の電圧が所定電圧より小さければステップS114へ進み、燃料電池スタック1の電圧が所定電圧以上であれば再度ステップS113へ進む。ここで所定電圧とは、燃料電池スタック1の内部の燃料ガスがほぼ完全に消費されたときの燃料電池スタック1の電圧であり、予め実験などによって求めておく。   In step S113, it is determined whether or not the voltage of the fuel cell stack 1 is smaller than a predetermined voltage. If the voltage of the fuel cell stack 1 is lower than the predetermined voltage, the process proceeds to step S114. If the voltage of the fuel cell stack 1 is equal to or higher than the predetermined voltage, the process proceeds to step S113 again. Here, the predetermined voltage is a voltage of the fuel cell stack 1 when the fuel gas inside the fuel cell stack 1 is almost completely consumed, and is obtained in advance by an experiment or the like.

ステップS114では、酸化剤ガスの供給を停止させる。酸化剤ガスの供給は、酸化剤用ブロアー11を停止して流量がゼロになった後に、遮断弁12、13を閉弁することで停止させる。   In step S114, the supply of the oxidant gas is stopped. The supply of the oxidant gas is stopped by closing the shutoff valves 12 and 13 after the oxidant blower 11 is stopped and the flow rate becomes zero.

以上の制御をまとめて作用を説明する。本実施形態における燃料電池においては、燃料電池の作動停止時から次回起動するまでの時間を予測する。予測された時間が所定時間以上であれば燃料ガスの供給を停止して、燃料極に残留する燃料ガスを酸化剤極に供給される酸化剤ガスと反応させることで消費させる。このとき、燃料極と酸化剤極との間で発生する電力は放電装置2によって消費する。これにより燃料ガスが消費されて、燃料電池スタック1の電圧が所定電圧より小さくなれば酸化剤ガスの供給を停止させる。酸化剤ガスの供給停止後、燃料極近傍の燃料配管は酸化剤極近傍の酸化剤配管よりも低圧になっているので、酸化剤極側の酸化剤ガスが燃料極側に移動する。しかし、燃料ガスは消費されているので酸化剤ガスと燃料ガスとが反応することはなく、両極が酸化剤ガスによって満たされる。   The operation will be described by summarizing the above control. In the fuel cell according to the present embodiment, the time from when the fuel cell is stopped to when it is next activated is predicted. If the predicted time is a predetermined time or more, the supply of the fuel gas is stopped, and the fuel gas remaining in the fuel electrode is consumed by reacting with the oxidant gas supplied to the oxidant electrode. At this time, the electric power generated between the fuel electrode and the oxidant electrode is consumed by the discharge device 2. Thus, when the fuel gas is consumed and the voltage of the fuel cell stack 1 becomes lower than a predetermined voltage, the supply of the oxidant gas is stopped. After the supply of the oxidant gas is stopped, the fuel pipe near the fuel electrode is at a lower pressure than the oxidant pipe near the oxidant electrode, so that the oxidant gas on the oxidant electrode side moves to the fuel electrode side. However, since the fuel gas is consumed, the oxidant gas and the fuel gas do not react, and both electrodes are filled with the oxidant gas.

また、予測された時間が所定時間未満であれば酸化剤ガスの供給を停止して、酸化剤極に残留する酸化剤ガスを燃料極に供給される燃料ガスと反応させることで消費させる。このとき、燃料極と酸化剤極との間で発生する電力は放電装置2によって消費する。これにより酸化剤ガスが消費されて、放電装置2の電圧が所定電圧より小さくなれば燃料ガスの供給を停止させる。燃料ガスの供給停止後、燃料極に移動してくる酸化剤ガスはないので、燃料電池の次回起動時に燃料極において燃料ガスと酸化剤ガスとが直接反応することを防止することができる。またこの状態で実際の停止時間が所定時間以上となったとき、停止していた酸化剤ガスの供給を開始する。これにより燃料ガスが消費されて、燃料電池スタック1の電圧が所定電圧より小さくなれば酸化剤ガスの供給を停止させる。   If the predicted time is less than the predetermined time, the supply of the oxidant gas is stopped, and the oxidant gas remaining on the oxidant electrode is consumed by reacting with the fuel gas supplied to the fuel electrode. At this time, the electric power generated between the fuel electrode and the oxidant electrode is consumed by the discharge device 2. As a result, when the oxidant gas is consumed and the voltage of the discharge device 2 becomes lower than the predetermined voltage, the supply of the fuel gas is stopped. Since there is no oxidant gas moving to the fuel electrode after the supply of fuel gas is stopped, it is possible to prevent the fuel gas and oxidant gas from reacting directly at the fuel electrode when the fuel cell is next started. In this state, when the actual stop time becomes equal to or longer than the predetermined time, supply of the stopped oxidant gas is started. Thus, when the fuel gas is consumed and the voltage of the fuel cell stack 1 becomes lower than a predetermined voltage, the supply of the oxidant gas is stopped.

以上のように本実施形態では、燃料電池の停止時に予測された停止時間が所定時間以上であるときには、燃料ガスの供給を停止させ燃料極と酸化剤極との間で発生した電力を放電装置2によって消費することで燃料極に残留する燃料ガスを消費する。これにより、燃料電池停止時及び停止後の保管時において燃料極に混入する酸化剤ガスと燃料ガスとの反応を抑制して触媒層の劣化を防止することができる。よって、燃料電池の耐久性及び信頼性を向上させることができる。   As described above, in the present embodiment, when the stop time predicted when the fuel cell is stopped is equal to or longer than the predetermined time, the supply of the fuel gas is stopped and the electric power generated between the fuel electrode and the oxidant electrode is discharged. The fuel gas remaining in the fuel electrode is consumed by consuming the fuel by 2. As a result, it is possible to prevent the deterioration of the catalyst layer by suppressing the reaction between the oxidant gas mixed into the fuel electrode and the fuel gas when the fuel cell is stopped and during storage after the stop. Therefore, durability and reliability of the fuel cell can be improved.

また、燃料電池の停止時に予測された停止時間が所定時間未満であるときには、酸化剤ガスを停止させ燃料極と酸化剤極との間で発生した電力を放電装置2によって消費することで酸化剤極に残留する酸化剤ガスを消費する。これにより、次回起動時に燃料極において燃料ガスと酸化剤ガスとが直接反応することを抑制して、触媒の劣化を防止することができる。   Further, when the stop time predicted when the fuel cell is stopped is less than a predetermined time, the oxidant gas is stopped and the electric power generated between the fuel electrode and the oxidant electrode is consumed by the discharge device 2, whereby the oxidant The oxidant gas remaining at the pole is consumed. Thereby, it is possible to prevent the catalyst from deteriorating by suppressing the direct reaction between the fuel gas and the oxidant gas at the fuel electrode at the next start-up.

さらに、燃料電池の停止時に予測された停止時間は所定時間未満であったが、その後所定時間以上経過した場合には、燃料ガスを停止させた状態で酸化剤ガスを供給し、燃料極と酸化剤極との間で発生した電力を放電装置2によって消費することで燃料極に残留する燃料ガスを消費する。これにより、燃料電池の実際の停止時間が停止時に予測した停止時間以上経過したときでも、燃料電池停止後の保管時において燃料極に混入する酸化剤ガスと燃料ガスとの反応を抑制して触媒層の劣化を防止することができる。よって、燃料電池の耐久性及び信頼性を向上させることができる。   Furthermore, the stop time predicted when the fuel cell was stopped was less than the predetermined time. However, when a predetermined time or more has passed after that, the oxidant gas is supplied with the fuel gas stopped to oxidize the fuel electrode. The electric power generated with the agent electrode is consumed by the discharge device 2 to consume the fuel gas remaining in the fuel electrode. As a result, even when the actual stop time of the fuel cell exceeds the stop time predicted at the time of stop, the reaction between the oxidant gas and the fuel gas mixed in the fuel electrode during storage after the stop of the fuel cell is suppressed, thereby reducing the catalyst. Deterioration of the layer can be prevented. Therefore, durability and reliability of the fuel cell can be improved.

さらにまた、燃料ガス又は酸化剤ガスが消費されたことを燃料電池スタック1の電圧に基づいて判定してから酸化剤ガス又は燃料ガスの供給を停止させるので、燃料ガス又は酸化剤ガスを確実に消費させることができ、燃料電池保管時の酸化剤ガスと燃料ガスとの反応をより確実に抑制して触媒層の劣化を防止することができる。   Furthermore, since the supply of the oxidant gas or the fuel gas is stopped after determining that the fuel gas or the oxidant gas has been consumed based on the voltage of the fuel cell stack 1, the fuel gas or the oxidant gas is reliably supplied. It can be consumed, and the reaction between the oxidant gas and the fuel gas during storage of the fuel cell can be more reliably suppressed to prevent the catalyst layer from deteriorating.

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。   The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications and changes can be made within the scope of the technical idea, and it is obvious that these are equivalent to the present invention.

本実施形態では、燃料電池の停止時間を時間帯に基づいて予測しているが、これに限定されることなく例えば、GPSナビゲーションシステムからの情報によって予め設定された駐車場からの距離を判定し、駐車場に近い場所での停止であれば停止時間は長期であると予測してもよい。さらに、学習機能を搭載することで日常的に停止する位置情報から停止時間が長期であると予測してもよい。さらにまた、運転者が入力するスイッチを設けて、停止時間が長期であるときに運転者がスイッチをONにすることで停止時間が長期であると判定してもよい。さらにまた、これらの判断手段を組み合わせて停止時間が長期であると予測してもよい。これらの各種判断手段を用いることにより停止時間をより精度良く判断することができるので、それだけ触媒の劣化を防止して燃料電池の耐久性及び信頼性をさらに向上させることができる。   In this embodiment, the stop time of the fuel cell is predicted based on the time zone. However, the present invention is not limited to this. For example, the distance from the parking lot set in advance is determined by information from the GPS navigation system. If it is a stop near a parking lot, the stop time may be predicted to be long. Furthermore, it may be predicted that the stop time is long based on the position information that stops on a daily basis by installing a learning function. Furthermore, a switch input by the driver may be provided, and when the stop time is long, the driver may determine that the stop time is long by turning on the switch. Furthermore, it may be predicted that the stop time is long by combining these determination means. By using these various determination means, the stop time can be determined with higher accuracy, so that the deterioration of the catalyst can be prevented and the durability and reliability of the fuel cell can be further improved.

また、本実施形態では燃料用ブロワー8及び遮断弁9並びに酸化剤用ブロワー11及び遮断弁12はそれぞれ別々に設けられているが、燃料用ブロワー8に遮断弁9の機能を、酸化剤用ブロワー11に遮断弁12の機能をそれぞれ備えた構成としてもよい。これにより、装置をより簡素化することができる。   Further, in this embodiment, the fuel blower 8 and the shutoff valve 9 and the oxidant blower 11 and the shutoff valve 12 are provided separately, but the function of the shutoff valve 9 is provided in the fuel blower 8 and the oxidant blower. 11 may have the function of the shutoff valve 12. Thereby, the apparatus can be further simplified.

さらに、本実施形態では燃料電池停止時に予測される停止時間が所定時間以上となるか否かを判定して、この判定結果に応じて消費させるガスの種類を変えているが、制御の簡略化のために停止時間の判定を行わず燃料電池停止時は常に燃料ガスを消費させる(ステップS103〜S106)ようにしてもよいし、同様に常に酸化剤ガスを消費させる(ステップS107〜S110)ようにしてもよい。   Further, in the present embodiment, it is determined whether or not the stop time predicted when the fuel cell is stopped is equal to or longer than a predetermined time, and the type of gas to be consumed is changed according to the determination result. Therefore, the fuel gas may be always consumed when the fuel cell is stopped without determining the stop time (steps S103 to S106), and the oxidant gas is always consumed similarly (steps S107 to S110). It may be.

さらにまた、本実施形態では燃料電池停止時に予測される停止時間が所定時間未満であって酸化剤ガスを消費させた後に、燃料電池の作動停止時からの実停止時間が所定時間以上となったときは、燃料ガスを消費させるように制御しているが、制御の簡略化のために燃料電池の作動停止時からの実停止時間が所定時間以上となった後の制御(ステップS111〜S114)は省略してもよい。   Furthermore, in this embodiment, after the stop time predicted when the fuel cell is stopped is less than a predetermined time and the oxidant gas is consumed, the actual stop time from the stop of the operation of the fuel cell becomes a predetermined time or more. At this time, control is performed so that the fuel gas is consumed. However, in order to simplify the control, the control after the actual stop time from the stop of the operation of the fuel cell becomes a predetermined time or more (steps S111 to S114). May be omitted.

本発明による燃料電池を示す全体構成図である。1 is an overall configuration diagram showing a fuel cell according to the present invention. 本発明における燃料電池停止時の制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control at the time of the fuel cell stop in this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池スタック
2 放電装置(電力消費手段)
3 コントローラ
4 燃料入口配管
5 燃料出口配管
6 酸化剤入口配管
7 酸化剤出口配管
8 燃料用ブロワー
9 遮断弁
10 遮断弁
11 酸化剤用ブロワー
12 遮断弁
13 遮断弁
14 スイッチ
15 電気導線
16 信号ケーブル
1 Fuel Cell Stack 2 Discharge Device (Power Consumption Means)
3 Controller 4 Fuel Inlet Piping 5 Fuel Outlet Piping 6 Oxidant Inlet Piping 7 Oxidant Outlet Piping 8 Fuel Blower 9 Shutoff Valve 10 Shutoff Valve 11 Oxidant Blower 12 Shutoff Valve 13 Shutoff Valve 14 Switch 15 Electrical Conductor 16 Signal Cable

Claims (8)

水素を含んだ燃料ガスが供給される燃料極と酸素を含んだ酸化剤ガスが供給される酸化剤極とを有する燃料電池において、
前記燃料極と前記酸化剤極との間を接続することで前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとの反応によって発生する電力を消費する電力消費手段と、
前記燃料電池の作動停止時に、前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスのいずれか一方のガスの供給を停止するとともに前記電力消費手段を接続し、供給停止によって前記燃料電池内に残留するガスが他方のガスとの反応によって消費されてから他方のガスの供給を停止するように制御する停止制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池。
In a fuel cell having a fuel electrode supplied with a fuel gas containing hydrogen and an oxidant electrode supplied with an oxidant gas containing oxygen,
Power consuming means for consuming electric power generated by a reaction between the fuel gas and the oxidant gas by connecting between the fuel electrode and the oxidant electrode;
When the operation of the fuel cell is stopped, the supply of either the fuel gas or the oxidant gas is stopped and the power consuming means is connected, and the gas remaining in the fuel cell by the supply stop is the other gas A stop control means for controlling to stop the supply of the other gas after being consumed by the reaction with the gas;
A fuel cell comprising:
前記停止制御手段は、前記燃料電池の作動停止時に前記燃料ガスの供給を停止するとともに前記電力消費手段を接続し、前記燃料電池内に残留する前記燃料ガスが前記酸化剤ガスとの反応によって消費されてから前記酸化剤ガスの供給を停止するように制御する、
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。
The stop control means stops the supply of the fuel gas when the operation of the fuel cell is stopped and connects the power consumption means, and the fuel gas remaining in the fuel cell is consumed by a reaction with the oxidant gas. And control to stop the supply of the oxidant gas after being
The fuel cell according to claim 1.
前記停止制御手段は、前記燃料電池の電圧が所定電圧以下になったとき前記酸化剤ガスの供給を停止する、
ことを特徴とする請求項2に記載の燃料電池。
The stop control means stops the supply of the oxidant gas when the voltage of the fuel cell becomes a predetermined voltage or lower.
The fuel cell according to claim 2.
前記停止制御手段は、前記燃料電池の作動停止時に前記酸化剤ガスの供給を停止するとともに前記電力消費手段を接続し、前記燃料電池内に残留する前記酸化剤ガスが前記燃料ガスとの反応によって消費されてから前記燃料ガスの供給を停止するように制御する、
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。
The stop control means stops the supply of the oxidant gas when the fuel cell is stopped and connects the power consuming means, and the oxidant gas remaining in the fuel cell reacts with the fuel gas. Control to stop the supply of the fuel gas after being consumed,
The fuel cell according to claim 1.
前記停止制御手段は、前記燃料電池の電圧が所定電圧以下になったとき前記燃料ガスの供給を停止する、
ことを特徴とする請求項4に記載の燃料電池。
The stop control means stops the supply of the fuel gas when the voltage of the fuel cell becomes a predetermined voltage or less;
The fuel cell according to claim 4.
前記燃料電池の作動停止時に予測される停止時間が所定時間以上であるか否かを判定する停止時間判定手段を備え、
前記停止制御手段は、前記燃料電池の作動停止時に予測される停止時間が所定時間以上であるとき、前記燃料電池の作動停止時に前記燃料ガスの供給を停止するとともに前記電力消費手段を接続し、前記燃料電池内に残留する前記燃料ガスが前記酸化剤ガスとの反応によって消費されてから前記酸化剤ガスの供給を停止するように制御し、前記燃料電池の作動停止時に予測される停止時間が所定時間未満であるとき、前記燃料電池の作動停止時に前記酸化剤ガスの供給を停止するとともに前記電力消費手段を接続し、前記燃料電池内に残留する前記酸化剤ガスが前記燃料ガスとの反応によって消費されてから前記燃料ガスの供給を停止するように制御する、
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。
A stop time determination means for determining whether or not a stop time predicted when the fuel cell is stopped is equal to or longer than a predetermined time;
The stop control means, when the stop time predicted when the fuel cell is stopped is a predetermined time or longer, stops the supply of the fuel gas when the fuel cell is stopped and connects the power consumption means, Control is performed to stop the supply of the oxidant gas after the fuel gas remaining in the fuel cell is consumed by the reaction with the oxidant gas, and a stop time predicted when the operation of the fuel cell is stopped When it is less than a predetermined time, the supply of the oxidant gas is stopped when the operation of the fuel cell is stopped, and the power consuming means is connected, and the oxidant gas remaining in the fuel cell reacts with the fuel gas. Control to stop the supply of the fuel gas after being consumed by
The fuel cell according to claim 1.
前記燃料電池の作動停止時に予測される停止時間が所定時間未満であった後に、前記燃料電池の作動停止時からの実停止時間が前記所定時間以上となったか否かを判定する実停止時間判定手段を備え、
前記停止制御手段は、前記燃料電池の作動停止時からの実停止時間が前記所定時間以上となったとき、前記燃料ガスの供給を停止した状態及び前記電力消費手段を接続した状態で、前記酸化剤ガスを供給し前記燃料電池内に残留する前記燃料ガスが前記酸化剤ガスとの反応によって消費されてから前記酸化剤ガスの供給を停止するように制御する、
ことを特徴とする請求項6に記載の燃料電池。
Actual stop time determination for determining whether or not the actual stop time from the stop of operation of the fuel cell is equal to or longer than the predetermined time after the stop time predicted when the fuel cell is stopped is less than a predetermined time With means,
When the actual stop time from the stop of the operation of the fuel cell is equal to or longer than the predetermined time, the stop control unit is configured to stop the oxidation in a state where the supply of the fuel gas is stopped and the power consumption unit is connected. Controlling the supply of the oxidant gas after the oxidant gas is supplied and the fuel gas remaining in the fuel cell is consumed by the reaction with the oxidant gas;
The fuel cell according to claim 6.
前記停止制御手段は、前記燃料電池の電圧が所定電圧以下になったとき前記酸化剤ガスの供給を停止する、
ことを特徴とする請求項7に記載の燃料電池。
The stop control means stops the supply of the oxidant gas when the voltage of the fuel cell becomes a predetermined voltage or less;
The fuel cell according to claim 7.
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