JP2006147161A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system controlling the switching of a drain valve in appropriate timing and at an appropriate time. <P>SOLUTION: The fuel cell system 1 is composed of a fuel cell 2, a gas-liquid separator 3 separating moisture from anode gas, a drain valve 4 opening and closing a drain port of separated water, a temperature sensor 5 measuring the temperature of anode gas, a current sensor 6 measuring a current value generated by the fuel cell, an ECU 7 controlling the switching of the drain valve 4, a hydrogen tank 11 storing hydrogen, an ejector 12, a compressor 13 and an anode gas flow channel and a cathode gas flow channel combining these, and a driving device 14 driven at a current supplied from the fuel cell 2. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池システムに関し、より詳しくは燃料電池システムにおける気液分離器の制御システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a control system for a gas-liquid separator in a fuel cell system.

燃料電池は、電解質膜を挟んでアノード極とカソード極とを備えている。水素を含むアノードガス(燃料ガス)がアノード極に供給されると、アノード極の触媒層において反応が生じ、アノードガス内の水素がプロトン(H+)と電子とに分かれ、プロトンは電解質膜中を通ってカソード極に移動し、電子は外部回路を通ってカソード極に移動する。そして、酸素を含むカソードガス(酸化剤ガス)がカソード極に供給されると、カソード極の触媒層において反応が生じ、カソードガス中の酸素とアノード極から移動してきたプロトンと電子とが反応して水が生成される。このとき、アノード極とカソード極との水蒸気差圧によって、カソード極で生成された水が電解質膜を透過してアノード極側に移動することがある。アノードガスに余分な液滴が含まれると発電効率が悪化するため、この余分な液滴を取り除くべく、アノードガスの流路には気液分離器が設置されている。 The fuel cell includes an anode electrode and a cathode electrode with an electrolyte membrane interposed therebetween. When an anode gas (fuel gas) containing hydrogen is supplied to the anode electrode, a reaction occurs in the catalyst layer of the anode electrode, and the hydrogen in the anode gas is divided into protons (H + ) and electrons, and the protons are in the electrolyte membrane. The electrons move through the external circuit to the cathode electrode. When cathode gas (oxidant gas) containing oxygen is supplied to the cathode electrode, a reaction occurs in the catalyst layer of the cathode electrode, and oxygen in the cathode gas reacts with protons and electrons that have moved from the anode electrode. Water is generated. At this time, water generated at the cathode electrode may permeate the electrolyte membrane and move to the anode electrode side due to the water vapor pressure difference between the anode electrode and the cathode electrode. If the anode gas contains extra droplets, the power generation efficiency deteriorates. Therefore, a gas-liquid separator is installed in the anode gas flow path to remove the extra droplets.

従来の気液分離器としては、例えば特許文献1に記載されているように、水回収タンクと、当該タンク内の水位を検出するための水位センサとを備えるものがある。そして、水回収タンクの水位が所定の水位に達したことを水位センサが検知すると、制御装置が水回収タンクのドレイン弁を開放して水を排出するようになっている。
なお、液滴を除去されたアノードガス(アノードオフガス)は、アノードガスの供給路に循環されて再利用される。
特開2002−124290号公報(段落0036〜0040、図2)
As a conventional gas-liquid separator, for example, as described in Patent Document 1, there is one including a water recovery tank and a water level sensor for detecting the water level in the tank. When the water level sensor detects that the water level in the water recovery tank has reached a predetermined level, the control device opens the drain valve of the water recovery tank to discharge water.
The anode gas from which the droplets have been removed (anode off gas) is circulated through the anode gas supply path and reused.
JP 2002-124290 A (paragraphs 0036 to 0040, FIG. 2)

しかしながら、前記特許文献1に記載された従来の燃料電池システムでは、例えば自動車などの移動物体に搭載された場合に、水位センサが例えば傾斜地等の影響を受けてしまい、水回収タンク内の水量を誤検知してしまうおそれがある。すなわち、水位センサが、実際よりも水量を多く検知した場合には、アノードガスが余分に排出されてしまい、燃費の悪化を招くという問題がある。   However, in the conventional fuel cell system described in Patent Document 1, when mounted on a moving object such as an automobile, the water level sensor is affected by, for example, an inclined land, and the amount of water in the water recovery tank is reduced. There is a risk of false detection. That is, when the water level sensor detects a larger amount of water than it actually is, there is a problem that the anode gas is excessively discharged, resulting in deterioration of fuel consumption.

一方、燃料電池システムを稼動し続けると、アノードガス内の不純物(たとえば液滴)が多くなってしまい、相対的に水素量が減少し、やはり発電効率が悪化することがある。かかる場合には、アノードガスをパージしてリフレッシュすることが必要となる。このとき、水回収タンクのドレイン弁を利用してアノードガスをパージすることが考えられるが、従来の制御システムでは、アノードガスのパージ量を考慮した制御を行うことができず、例えばアノードガスが余分に排出されることがあり、やはり燃費の悪化を招くという問題がある。   On the other hand, if the fuel cell system continues to operate, impurities (for example, droplets) in the anode gas increase, the amount of hydrogen decreases relatively, and power generation efficiency may also deteriorate. In such a case, it is necessary to purge and refresh the anode gas. At this time, it is conceivable to purge the anode gas using the drain valve of the water recovery tank. However, in the conventional control system, it is not possible to perform control in consideration of the purge amount of the anode gas. There is a problem in that it may be discharged excessively, resulting in deterioration of fuel consumption.

本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、適切なタイミングおよび時間でドレイン弁の開閉を制御する燃料電池システムを提供することを課題とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system that controls opening and closing of a drain valve at an appropriate timing and time.

本発明の請求項1に係る燃料電池システムは、電解質を挟んでアノード極とカソード極とを有する燃料電池と、前記アノード極から排出されるアノードガスの流路上に設置され、当該アノードガス内に含まれる水を分離する気液分離器と、前記気液分離器で回収された水を排出する排出口を開閉するドレイン弁と、アノードガス温度を計測する温度センサと、前記燃料電池における発電電流値を計測する電流センサと、前記ドレイン弁の開閉を制御する制御手段と、を備える燃料電池システムであって、前記制御手段は、前記アノードガス温度と、前記発電電流値とに基づいて、前記気液分離器で回収される水の量から定まる水排出量に対応するドレイン開弁時間を算出し、当該ドレイン開弁時間に基づいて前記ドレイン弁を開閉することを特徴とする。   A fuel cell system according to claim 1 of the present invention is installed on a fuel cell having an anode and a cathode with an electrolyte interposed therebetween, and a flow path of an anode gas discharged from the anode, A gas-liquid separator that separates water contained therein, a drain valve that opens and closes a discharge port for discharging water collected by the gas-liquid separator, a temperature sensor that measures an anode gas temperature, and a generated current in the fuel cell A fuel cell system comprising: a current sensor for measuring a value; and a control means for controlling opening and closing of the drain valve, wherein the control means is based on the anode gas temperature and the generated current value. Calculating a drain valve opening time corresponding to a water discharge amount determined from the amount of water recovered by the gas-liquid separator, and opening and closing the drain valve based on the drain valve opening time. And butterflies.

かかる構成によれば、燃料電池システムは、前記アノードガス温度と、前記発電電流値とに基づいて、前記気液分離器で回収される水の量から定まる水排出量に対応するドレイン開弁時間を算出し、当該ドレイン開弁時間に基づいて前記ドレイン弁を開閉する制御手段を備えることから、計算によって水排出量を把握してドレイン弁の開閉時間を定めることができる。そのため、燃料電池システムの傾斜などによる水排出量の誤検知を防止することができる。   According to this configuration, the fuel cell system has a drain valve opening time corresponding to a water discharge amount determined from the amount of water recovered by the gas-liquid separator based on the anode gas temperature and the generated current value. Since the control means for opening and closing the drain valve based on the drain valve opening time is provided, the drain valve opening and closing time can be determined by calculating the water discharge amount. Therefore, it is possible to prevent erroneous detection of the water discharge amount due to the inclination of the fuel cell system.

本発明の請求項2に係る燃料電池システムは、請求項1に記載の燃料電池システムであって、前記制御手段は、発電電流値とアノードガス温度と結露水量との予め記憶された相関関係と、前記アノードガス温度と、前記発電電流値と、に基づいて単位時間当りの結露水量を算出する結露水量算出手段と、前記単位時間当りの結露水量に基づいて前記気液分離器で回収される水の量から定まる水排出量を算出する水排出量算出手段と、水排出量と前記水排出量に対応するドレイン開弁時間との予め記憶された相関関係と、前記水排出量とに基づいて、前記水排出量に対応するドレイン開弁時間を算出する第1ドレイン開弁時間算出手段と、前記水排出量に対応するドレイン開弁時間に基づいて前記ドレイン弁の開閉を制御するドレイン弁開閉制御手段と、を含むことを特徴とする。   A fuel cell system according to a second aspect of the present invention is the fuel cell system according to the first aspect, wherein the control means includes a correlation stored in advance between a generated current value, an anode gas temperature, and the amount of condensed water. The condensed water amount calculating means for calculating the amount of condensed water per unit time based on the anode gas temperature and the generated current value, and the gas-liquid separator collects the condensed water amount based on the amount of condensed water per unit time. Based on the water discharge calculating means for calculating the water discharge determined from the amount of water, the correlation stored in advance between the water discharge and the drain valve opening time corresponding to the water discharge, and the water discharge First drain valve opening time calculating means for calculating a drain valve opening time corresponding to the water discharge amount, and a drain valve for controlling opening and closing of the drain valve based on the drain valve opening time corresponding to the water discharge amount Opening and closing system Characterized in that it comprises a means.

かかる構成によれば、燃料電池システムは、アノードガス温度と、発電電流値と、予め記憶された幾つかの相関関係データに基づいて水排出量およびドレイン開弁時間を算出し、これに基づいてドレイン弁の開閉を制御することができる。   According to such a configuration, the fuel cell system calculates the water discharge amount and the drain valve opening time based on the anode gas temperature, the generated current value, and some correlation data stored in advance, and based on this The opening and closing of the drain valve can be controlled.

本発明の請求項3に係る燃料電池システムは、請求項1または請求項2に記載の燃料電池システムであって、前記制御手段は、さらに、前記アノードガス温度と、要求H2排出量とに基づいて、アノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間を算出し、前記水排出量に対応するドレイン開弁時間と前記アノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間とに基づいて前記ドレイン弁を開閉することを特徴とする。 A fuel cell system according to a third aspect of the present invention is the fuel cell system according to the first or second aspect, wherein the control means further controls the anode gas temperature and the required H 2 emission amount. Based on the drain valve opening time corresponding to the anode gas discharge amount and the drain valve opening time corresponding to the anode gas discharge amount. It is characterized by opening and closing.

かかる構成によれば、制御手段は、さらに、前記アノードガス温度と、要求H2排出量とに基づいて、アノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間を算出し、前記水排出量に対応するドレイン開弁時間と前記アノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間とに基づいて前記ドレイン弁を開閉することから、気液分離器で回収された水を排出する際にアノードガスもパージする場合において、排出されるアノードガスに含まれるH2の量を管理してドレイン弁を開閉することができる。このため、H2の無駄な放出を防止することができる。 According to this configuration, the control unit further calculates a drain valve opening time corresponding to the anode gas discharge amount based on the anode gas temperature and the required H 2 discharge amount, and corresponds to the water discharge amount. Since the drain valve is opened and closed based on the drain valve opening time and the drain valve opening time corresponding to the anode gas discharge amount, the anode gas is also purged when the water collected by the gas-liquid separator is discharged. , The drain valve can be opened and closed by managing the amount of H 2 contained in the discharged anode gas. Therefore, it is possible to prevent wasteful emission of H 2.

ここで、要求H2排出量とは、一回に排出されるアノードガスに含まれるべきH2の量である。アノードガスの温度が低くなると、アノードガスの飽和水蒸気量が小さくなり、相対的にアノードガスに含まれるH2の量が大きくなる。逆に、アノードガスの温度が高くなると、アノードガスの飽和水蒸気量が大きくなり、相対的にアノードガスに含まれるH2の量が小さくなる。 Here, the required H 2 emission amount is the amount of H 2 to be contained in the anode gas discharged at a time. When the temperature of the anode gas is lowered, the saturated water vapor amount of the anode gas is reduced, and the amount of H 2 contained in the anode gas is relatively increased. Conversely, when the temperature of the anode gas increases, the saturated water vapor amount of the anode gas increases, and the amount of H 2 contained in the anode gas relatively decreases.

本発明の請求項4に係る燃料電池システムは、請求項2に記載の燃料電池システムであって、前記制御手段は、アノードガス温度と要求H2排出量とアノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間との予め記憶された相関関係と、前記アノードガス温度と、要求H2排出量と、に基づいてアノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間を算出する第2ドレイン開弁時間算出手段をさらに含み、前記ドレイン弁開閉制御手段は、前記アノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間と前記水排出量に対応するドレイン開弁時間とに基づいて前記ドレイン弁の開閉を制御することを特徴とする。 A fuel cell system according to a fourth aspect of the present invention is the fuel cell system according to the second aspect, wherein the control means opens the drain corresponding to the anode gas temperature, the required H 2 emission amount, and the anode gas emission amount. Second drain valve opening time calculation means for calculating a drain valve opening time corresponding to the anode gas discharge amount based on the correlation stored in advance with the valve time, the anode gas temperature, and the required H 2 discharge amount. The drain valve opening / closing control means controls the opening / closing of the drain valve based on a drain valve opening time corresponding to the anode gas discharge amount and a drain valve opening time corresponding to the water discharge amount. Features.

かかる構成によれば、第2ドレイン開弁時間算出手段によって、アノードガス温度と要求H2排出量とアノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間との予め記憶された相関関係と、アノードガス温度と、要求H2排出量とに基づいて、アノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間を算出することができることから、気液分離器で回収された水を排出する際にアノードガスもパージする場合において、排出されるアノードガスに含まれるH2の量を管理してドレイン弁を開閉することができる。これにより、H2の無駄な放出を防止することができる。 According to this configuration, the second drain valve opening time calculating means stores the correlation stored in advance between the anode gas temperature, the required H 2 discharge amount, and the drain valve opening time corresponding to the anode gas discharge amount, and the anode gas temperature. Since the drain valve opening time corresponding to the anode gas discharge amount can be calculated based on the required H 2 discharge amount, the anode gas is also purged when the water collected by the gas-liquid separator is discharged. In some cases, the drain valve can be opened and closed by managing the amount of H 2 contained in the discharged anode gas. Thus, it is possible to prevent wasteful emission of H 2.

本発明の請求項5に係る燃料電池システムは、電解質を挟んでアノード極とカソード極とを有する燃料電池と、前記アノード極から排出されるアノードガスの流路上に設置され、当該アノードガス内に含まれる水を分離する気液分離器と、前記気液分離器で回収された水を排出する排出口を開閉するドレイン弁と、アノードガス温度を計測する第1温度センサと、カソードガス温度を計測する第2温度センサと、前記ドレイン弁の開閉を制御する制御手段と、を備える燃料電池システムであって、前記制御手段は、前記アノードガス温度と、前記カソードガス温度とに基づいて、前記気液分離器で回収される水の量から定まる水排出量に対応するドレイン開弁時間を算出し、当該水排出量に対応するドレイン開弁時間に基づいて前記ドレイン弁を開閉することを特徴とする。   A fuel cell system according to claim 5 of the present invention is installed on a fuel cell having an anode electrode and a cathode electrode with an electrolyte interposed therebetween, and a flow path of an anode gas discharged from the anode electrode. A gas-liquid separator that separates water contained therein, a drain valve that opens and closes a discharge port for discharging water collected by the gas-liquid separator, a first temperature sensor that measures an anode gas temperature, and a cathode gas temperature A fuel cell system comprising a second temperature sensor to measure and a control means for controlling opening and closing of the drain valve, wherein the control means is based on the anode gas temperature and the cathode gas temperature, The drain valve opening time corresponding to the water discharge amount determined from the amount of water recovered by the gas-liquid separator is calculated, and the drain valve opening time corresponding to the water discharge amount is calculated. Characterized by opening and closing the.

かかる構成によれば、燃料電池システムは、前記制御手段は、前記アノードガス温度と、前記カソードガス温度とに基づいて、前記気液分離器で回収される水の量から定まる水排出量に対応するドレイン開弁時間を算出し、当該水排出量に対応するドレイン開弁時間に基づいて前記ドレイン弁を開閉する制御手段を備えることから、計算によって水排出量を把握してドレイン弁の開閉時間を定めることができる。そのため、燃料電池システムの傾斜などによる水排出量の誤検知を防止することができる。   According to this configuration, in the fuel cell system, the control unit corresponds to a water discharge amount determined from the amount of water recovered by the gas-liquid separator based on the anode gas temperature and the cathode gas temperature. And a control means for opening and closing the drain valve based on the drain valve opening time corresponding to the water discharge amount. Therefore, the drain valve opening and closing time is obtained by calculating the water discharge amount. Can be determined. Therefore, it is possible to prevent erroneous detection of the water discharge amount due to the inclination of the fuel cell system.

本発明の請求項6に係る燃料電池システムは、請求項5に記載の燃料電池システムであって、前記制御手段は、前記アノードガス温度と、前記カソードガス温度とに基づいて、カソードガスとアノードガスの水蒸気分圧差を算出する水蒸気分圧差算出手段と、水蒸気分圧差とアノード極における単位時間当たりの結露水量との予め記憶された相関関係と、前記水蒸気分圧差とに基づいて、アノード極における単位時間当たりの結露水量を算出する結露水量算出手段と、前記単位時間当たりの結露水量に基づいて前記気液分離器で回収される水の量から定まる水排出量を算出する水排出量算出手段と、水排出量とドレイン開弁時間との予め記憶された相関関係と、前記水排出量とに基づいて、前記水排出量に対応するドレイン開弁時間を算出する第1ドレイン開弁時間算出手段と、前記水排出量に対応するドレイン開弁時間に基づいて前記ドレイン弁の開閉を制御するドレイン弁開閉制御手段と、を含むことを特徴とする。   A fuel cell system according to a sixth aspect of the present invention is the fuel cell system according to the fifth aspect, wherein the control means is configured to generate a cathode gas and an anode based on the anode gas temperature and the cathode gas temperature. Based on the water vapor partial pressure difference calculating means for calculating the water vapor partial pressure difference of the gas, the pre-stored correlation between the water vapor partial pressure difference and the amount of condensed water per unit time at the anode electrode, and the water vapor partial pressure difference at the anode electrode Condensed water amount calculating means for calculating the amount of condensed water per unit time, and water discharge amount calculating means for calculating a water discharge amount determined from the amount of water collected by the gas-liquid separator based on the condensed water amount per unit time And a drain opening time corresponding to the water discharge amount based on a pre-stored correlation between the water discharge amount and the drain valve opening time and the water discharge amount. A first drain opening time calculation means, characterized in that it comprises a drain valve opening and closing control means for controlling the opening and closing of the drain valve based on the drain valve open time corresponding to the water discharge amount.

かかる構成によれば、アノードガス温度と、カソードガス温度またはカソードガス湿度と、予め記憶された幾つかの相関関係データとに基づいて、水排出量およびドレイン開弁時間を算出し、これに基づいてドレイン弁の開閉を制御することができる。そのため、燃料電池システムの傾斜などによる水排出量の誤検知を防止することができる。   According to this configuration, the water discharge amount and the drain valve opening time are calculated based on the anode gas temperature, the cathode gas temperature or the cathode gas humidity, and some correlation data stored in advance. Thus, the opening and closing of the drain valve can be controlled. Therefore, it is possible to prevent erroneous detection of the water discharge amount due to the inclination of the fuel cell system.

本発明の請求項7に係る燃料電池システムは、請求項6に記載の燃料電池システムであって、前記燃料電池システムは、アノードガス圧力を計測する圧力センサをさらに含み、前記制御手段は、前記アノードガス温度と、前記アノードガス圧力と、要求H2排出量とに基づいて、アノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間を算出し、前記水排出量に対応するドレイン開弁時間と前記アノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間とに基づいて前記ドレイン弁を開閉することを特徴とする。 A fuel cell system according to claim 7 of the present invention is the fuel cell system according to claim 6, wherein the fuel cell system further includes a pressure sensor for measuring an anode gas pressure, and the control means includes the control unit Based on the anode gas temperature, the anode gas pressure, and the required H 2 discharge amount, a drain valve opening time corresponding to the anode gas discharge amount is calculated, and the drain valve opening time corresponding to the water discharge amount and the anode The drain valve is opened and closed based on the drain valve opening time corresponding to the gas discharge amount.

かかる構成によれば、制御手段は、前記アノードガス温度と、前記アノードガス圧力と、要求H2排出量とに基づいて、アノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間を算出し、前記水排出量に対応するドレイン開弁時間と前記アノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間とに基づいて前記ドレイン弁を開閉することから、気液分離器で回収された水を排出する際にアノードガスもパージする場合において、排出されるアノードガスに含まれるH2の量を管理してドレイン弁を開閉することができる。このため、H2の無駄な放出を防止することができる。 According to this configuration, the control means calculates the drain valve opening time corresponding to the anode gas discharge amount based on the anode gas temperature, the anode gas pressure, and the required H 2 discharge amount, and the water discharge Since the drain valve is opened and closed based on the drain valve opening time corresponding to the amount and the drain valve opening time corresponding to the anode gas discharge amount, the anode gas is discharged when the water collected by the gas-liquid separator is discharged. In the case of purging, the drain valve can be opened and closed by managing the amount of H 2 contained in the discharged anode gas. Therefore, it is possible to prevent wasteful emission of H 2.

本発明の請求項8に係る燃料電池システムは、請求項7に記載の燃料電池システムであって、前記制御手段は、前記アノードガス温度と、前記アノードガス圧力と、要求H2排出量とに基づいてアノードガス排出量を設定するアノードガス排出量設定手段と、アノードガス排出量とドレイン開弁時間との予め記憶された相関関係と、前記アノードガス排出量とに基づいて、前記アノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間を算出する第2ドレイン開弁時間算出手段と、をさらに含み、前記ドレイン弁開閉制御手段は、前記アノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間と前記水排出量に対応するドレイン開弁時間とに基づいて前記ドレイン弁の開閉を制御することを特徴とする。 A fuel cell system according to an eighth aspect of the present invention is the fuel cell system according to the seventh aspect, wherein the control means adjusts the anode gas temperature, the anode gas pressure, and the required H 2 emission amount. Based on the anode gas discharge amount setting means for setting the anode gas discharge amount based on the correlation stored in advance between the anode gas discharge amount and the drain valve opening time, and the anode gas discharge amount Second drain valve opening time calculating means for calculating a drain valve opening time corresponding to the amount, wherein the drain valve opening / closing control means comprises a drain valve opening time corresponding to the anode gas discharge amount and the water discharge amount. The opening and closing of the drain valve is controlled based on the drain valve opening time corresponding to.

かかる構成によれば、アノードガス排出量設定手段によって、前記アノードガス温度と、前記アノードガス圧力と、要求H2排出量とに基づいてアノードガス排出量が設定され、第2ドレイン開弁時間算出手段によって、アノードガス排出量とドレイン開弁時間との予め記憶された相関関係と、前記アノードガス排出量とに基づいて、前記アノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間が算出され、前記ドレイン弁開閉制御手段によって、前記アノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間と前記水排出量に対応するドレイン開弁時間とに基づいて前記ドレイン弁の開閉が制御されることから、気液分離器で回収された水を排出する際にアノードガスもパージする場合において、排出されるアノードガスに含まれるH2の量を管理してドレイン弁を開閉することができる。このため、H2の無駄な放出を防止することができる。 According to this configuration, the anode gas discharge amount setting means sets the anode gas discharge amount based on the anode gas temperature, the anode gas pressure, and the required H 2 discharge amount, and calculates the second drain valve opening time. The means calculates the drain valve opening time corresponding to the anode gas discharge amount based on the correlation stored in advance between the anode gas discharge amount and the drain valve opening time and the anode gas discharge amount, and the drain Since the opening / closing control means controls the opening / closing of the drain valve based on the drain opening time corresponding to the anode gas discharge amount and the drain opening time corresponding to the water discharge amount, the gas-liquid separator In the case where the anode gas is purged when the water recovered in step 1 is discharged, the amount of H 2 contained in the discharged anode gas is controlled to The in-valve can be opened and closed. Therefore, it is possible to prevent wasteful emission of H 2.

本発明の請求項9にかかる燃料電池システムは、請求項8に記載の燃料電池システムであって、前記アノードガス排出量設定手段は、前記アノードガス温度に基づいてアノードガス中の水蒸気分圧を算出する水蒸気分圧算出手段と、前記アノードガス圧力と、前記水蒸気分圧とに基づいてアノードガスの全圧と水素の分圧との圧力比を算出する圧力比算出手段と、前記アノードガスの全圧と水素の分圧との圧力比と、所定温度・所定圧力下における前記要求H2排出量と、前記アノードガス圧力と、前記アノードガス温度とに基づいて、アノードガス排出時におけるアノードガスの圧力と温度に対応したアノードガス排出量を算出するアノードガス排出量算出手段と、を含むことを特徴とする。 A fuel cell system according to a ninth aspect of the present invention is the fuel cell system according to the eighth aspect, wherein the anode gas discharge amount setting means calculates a water vapor partial pressure in the anode gas based on the anode gas temperature. A water vapor partial pressure calculating means for calculating, a pressure ratio calculating means for calculating a pressure ratio between the total pressure of the anode gas and the partial pressure of hydrogen based on the anode gas pressure and the water vapor partial pressure; Based on the pressure ratio between the total pressure and the partial pressure of hydrogen, the required H 2 discharge amount at a predetermined temperature and a predetermined pressure, the anode gas pressure, and the anode gas temperature, the anode gas at the time of discharging the anode gas And an anode gas discharge amount calculating means for calculating an anode gas discharge amount corresponding to the pressure and temperature.

かかる構成によれば、水蒸気分圧算出手段によって、前記アノードガス温度に基づいてアノードガス中の水蒸気の分圧が算出され、圧力比算出手段によって、前記アノードガス圧力と、前記水蒸気分圧とに基づいてアノードガスの全圧と水素の分圧との圧力比が算出され、アノードガス排出量算出手段によって、前記アノードガスの全圧と水素の分圧との圧力比と、所定温度・所定圧力下における前記要求H2排出量と、前記アノードガス圧力と、前記アノードガス温度とに基づいて、アノードガス排出時におけるアノードガスの圧力と温度に対応したアノードガス排出量が算出される。かかるアノードガス排出量に相当するアノードガスには、要求H2排出量に相当するH2が含まれていることから、このアノードガス排出量に基づいてドレイン弁を開閉制御すれば、H2の無駄な放出を防止することができる。 According to this configuration, the partial pressure of water vapor in the anode gas is calculated based on the anode gas temperature by the water vapor partial pressure calculation means, and the anode gas pressure and the water vapor partial pressure are calculated by the pressure ratio calculation means. The pressure ratio between the total pressure of the anode gas and the partial pressure of hydrogen is calculated based on the pressure ratio between the total pressure of the anode gas and the partial pressure of hydrogen, and a predetermined temperature / predetermined pressure. Based on the required H 2 emission amount below, the anode gas pressure, and the anode gas temperature, an anode gas emission amount corresponding to the pressure and temperature of the anode gas at the time of anode gas emission is calculated. According to the anode gas corresponding to the anode gas emissions, since it contains the H 2 corresponding to the required H 2 emissions, if the switching control of the drain valve on the basis of the anode gas emissions of H 2 Wasteful release can be prevented.

請求項10に記載の燃料電池システムは、請求項6から請求項9のいずれか1項に記載の燃料電池システムであって、アノードガス湿度を計測する第1湿度センサおよび/またはカソードガス湿度を計測する第2湿度センサをさらに備え、前記水蒸気分圧差算出手段は、前記アノードガス温度と、前記カソードガス温度と、前記アノードガス湿度および/または前記カソードガス湿度と、に基づいて、カソード極とアノード極の水蒸気分圧の差を算出することを特徴とする。   The fuel cell system according to claim 10 is the fuel cell system according to any one of claims 6 to 9, wherein the first humidity sensor and / or the cathode gas humidity for measuring the anode gas humidity is measured. The water vapor partial pressure difference calculating means further includes a second humidity sensor for measuring, and the means for calculating the water vapor partial pressure difference is based on the anode gas temperature, the cathode gas temperature, the anode gas humidity and / or the cathode gas humidity, A difference in water vapor partial pressure at the anode electrode is calculated.

かかる構成によれば、水蒸気分圧差算出手段によって、アノードガス温度と、カソードガス温度と、アノードガス湿度および/またはカソードガス湿度とに基づいて、カソード極とアノード極の水蒸気分圧の差を算出することができるので、燃料電池システムの傾斜などによる水排出量の誤検知を防止することができる。また、第1湿度センサおよび/または第2湿度センサによって正確なアノードガス湿度および/またはカソードガス湿度を計測することができるので、飽和水蒸気圧に基づいて算出する場合に比してアノード極および/またはカソード極の水蒸気分圧をより正確に把握することができ、水排出量の計算精度を一層向上させることができる。   According to this configuration, the difference in water vapor partial pressure between the cathode electrode and the anode electrode is calculated by the water vapor partial pressure difference calculating means based on the anode gas temperature, the cathode gas temperature, the anode gas humidity and / or the cathode gas humidity. Therefore, it is possible to prevent erroneous detection of water discharge due to the inclination of the fuel cell system. In addition, since accurate anode gas humidity and / or cathode gas humidity can be measured by the first humidity sensor and / or the second humidity sensor, the anode electrode and / Alternatively, the water vapor partial pressure at the cathode electrode can be grasped more accurately, and the calculation accuracy of the water discharge amount can be further improved.

本発明の請求項1および請求項2に係る燃料電池システムによれば、アノードガス温度と、発電電流値と、に基づいて気液分離器からの水排出量を把握することができるため、燃料電池システムの姿勢の変化に影響されることがない。したがって、燃料電池システムの姿勢が変化する場合でも、水排出量を誤検知することなく、適切なタイミングおよび時間でドレイン弁の開閉を制御することができる。   According to the fuel cell system according to claim 1 and claim 2 of the present invention, the amount of water discharged from the gas-liquid separator can be grasped based on the anode gas temperature and the generated current value. Unaffected by changes in battery system attitude. Therefore, even when the attitude of the fuel cell system changes, the opening and closing of the drain valve can be controlled at an appropriate timing and time without erroneously detecting the water discharge amount.

また、本発明の請求項3および請求項4に係る燃料電池システムによれば、アノードガス温度と、要求H2排出量と、に基づいて、アノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間を算出できることから、気液分離器で回収された水を排出する際にアノードガスもパージする場合において、排出されるアノードガスに含まれるH2の量を管理してドレイン弁を開閉することができる。そのため、H2を無駄に排出してしまうことがなく、燃費向上を図ることができる。 According to the fuel cell system of claims 3 and 4 of the present invention, the drain valve opening time corresponding to the anode gas discharge amount is calculated based on the anode gas temperature and the required H 2 discharge amount. Therefore, when the anode gas is also purged when the water collected by the gas-liquid separator is discharged, the drain valve can be opened and closed by managing the amount of H 2 contained in the discharged anode gas. For this reason, H 2 is not discharged unnecessarily, and fuel consumption can be improved.

さらに、本発明の請求項5、請求項6および請求項10に係る燃料電池システムによれば、アノードガス温度またはアノードガス湿度と、カソードガス温度またはカソードガス湿度に基づいて気液分離器からの水排出量を把握することができるため、燃料電池システムの姿勢の変化に影響されることがない。したがって、燃料電池システムの姿勢が変化する場合でも、水排出量を誤検知することなく、適切なタイミングおよび時間でドレイン弁の開閉を制御することができる。   Furthermore, according to the fuel cell system according to claims 5, 6 and 10 of the present invention, the fuel cell system is configured to output from the gas-liquid separator based on the anode gas temperature or anode gas humidity and the cathode gas temperature or cathode gas humidity. Since the water discharge amount can be grasped, it is not affected by the change in the attitude of the fuel cell system. Therefore, even when the attitude of the fuel cell system changes, the opening and closing of the drain valve can be controlled at an appropriate timing and time without erroneously detecting the water discharge amount.

また、本発明の請求項7乃至請求項9に係る燃料電池システムによれば、アノードガス温度と、アノードガス圧力と、要求H2排出量と、に基づいて、要求H2排出量に対応するアノードガス排出量を算出できることから、気液分離器で回収された水を排出する際にアノードガスもパージする場合において、排出されるアノードガスに含まれるH2の量を管理してドレイン弁を開閉することができる。そのため、H2を無駄に排出してしまうことがなく、燃費向上を図ることができる。 Further, according to the fuel cell system according to claims 7 to 9 of the present invention, the required H 2 emission amount is accommodated based on the anode gas temperature, the anode gas pressure, and the required H 2 emission amount. Since the anode gas discharge amount can be calculated, when the anode gas is purged when the water collected by the gas-liquid separator is discharged, the drain valve is controlled by managing the amount of H 2 contained in the discharged anode gas. Can be opened and closed. For this reason, H 2 is not discharged unnecessarily, and fuel consumption can be improved.

本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。説明において、同一の要素には同一の番号を付し、重複する説明は省略する。   The best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

<第1実施形態>
第1実施形態として、燃料電池で発電される発電電流値とアノードガスの温度とに基づいてドレイン弁の開閉時間を制御する燃料電池システムに本発明を適用した場合について説明する。
<First Embodiment>
As a first embodiment, a case will be described in which the present invention is applied to a fuel cell system that controls the open / close time of a drain valve based on the value of a generated current generated by a fuel cell and the temperature of an anode gas.

(燃料電池システム1の構成)
図1は、本発明の第1実施形態に係る燃料電池システムを示した概略構成図である。
燃料電池システム1は、図1に示すように、燃料電池2と、アノードガスから水分を分離する気液分離器3と、分離された水の排出口を開閉するドレイン弁4と、アノードガスの温度を計測する温度センサ5と、燃料電池で発電された電流値を計測する電流センサ6と、ドレイン弁4の開閉を制御するECU7と、水素を貯蔵する水素タンク11と、エジェクタ12と、コンプレッサ13と、これらを結ぶアノードガス流路およびカソードガス流路と、燃料電池2から供給される電流で駆動する駆動装置14と、から構成されている。燃料電池システム1は、気液分離器3で分離・収集した水をドレイン弁4から排出するとともに、ドレイン弁4からアノードガスを排出するようになっている。
以下、当該燃料電池システム1の各構成要素について説明する。
(Configuration of fuel cell system 1)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 includes a fuel cell 2, a gas-liquid separator 3 that separates moisture from the anode gas, a drain valve 4 that opens and closes the outlet of the separated water, and an anode gas A temperature sensor 5 for measuring temperature, a current sensor 6 for measuring a current value generated by the fuel cell, an ECU 7 for controlling the opening and closing of the drain valve 4, a hydrogen tank 11 for storing hydrogen, an ejector 12, and a compressor 13, an anode gas channel and a cathode gas channel connecting these, and a driving device 14 driven by a current supplied from the fuel cell 2. The fuel cell system 1 discharges the water separated and collected by the gas-liquid separator 3 from the drain valve 4 and discharges the anode gas from the drain valve 4.
Hereinafter, each component of the fuel cell system 1 will be described.

(燃料電池2)
燃料電池2は、図1に示すように、電解質膜21を挟んでアノード極22とカソード極23とを備えている。アノード極22は、配管11a、12aを介して水素タンク11に接続され、水素を含むアノードガス(燃料ガス)が供給されるようになっている。また、アノード極22は、配管5aを介して気液分離器3に接続されている。カソード極23は、配管13aを介してコンプレッサ13に接続されており、酸素を含むカソードガス(酸化剤ガス、例えば空気)が供給されるようになっている。また、カソード極23は、配管13bを介してカソードガスおよび生成水を放出可能となっている。
(Fuel cell 2)
As shown in FIG. 1, the fuel cell 2 includes an anode electrode 22 and a cathode electrode 23 with an electrolyte membrane 21 interposed therebetween. The anode electrode 22 is connected to the hydrogen tank 11 via pipes 11a and 12a, and is supplied with an anode gas (fuel gas) containing hydrogen. Moreover, the anode electrode 22 is connected to the gas-liquid separator 3 via the pipe 5a. The cathode electrode 23 is connected to the compressor 13 via a pipe 13a, and is supplied with a cathode gas containing oxygen (oxidant gas, for example, air). Moreover, the cathode electrode 23 can discharge | release cathode gas and produced | generated water through the piping 13b.

アノードガスがアノード極22に供給されると、アノード極22の触媒層において反応が生じ、アノードガス内の水素がプロトン(H+)と電子とに分かれ、プロトンは電解質膜21中を通ってカソード極23に移動し、電子は外部回路6a、6bを通ってカソード極23に移動する。そして、カソードガスがカソード極23に供給されると、カソード極の触媒層において反応が生じ、カソードガス中の酸素とアノード極から移動してきたプロトンと電子とが反応して水が生成される。外部回路6a、6bは駆動装置14に接続されており、駆動装置14は燃料電池2から電流の供給を受けて駆動するようになっている。 When the anode gas is supplied to the anode electrode 22, a reaction occurs in the catalyst layer of the anode electrode 22, hydrogen in the anode gas is divided into protons (H + ) and electrons, and the protons pass through the electrolyte membrane 21 and are cathodes. The electrons move to the electrode 23, and the electrons move to the cathode electrode 23 through the external circuits 6a and 6b. When the cathode gas is supplied to the cathode electrode 23, a reaction occurs in the catalyst layer of the cathode electrode, and water in the cathode gas reacts with protons and electrons that have moved from the anode electrode. The external circuits 6 a and 6 b are connected to a drive device 14, and the drive device 14 is driven by receiving a current supplied from the fuel cell 2.

(気液分離器3)
気液分離器3は、燃料電池2から排出されるアノードガスから水分を分離する装置であり、図1に示すように、配管5aを介して燃料電池2のアノード極22に接続されている。気液分離器3は、アノードガスから分離した水を貯留するタンクを備えている。また、気液分離器3は、配管3aを介してエジェクタ12に接続されており、気液分離器3で水分を分離されたアノードガスは、エジェクタ12によって吸い上げられて再び燃料電池2に供給される。さらに、気液分離器3は、排水口となる配管3bを備えており、回収した水を排出可能になっている。
(Gas-liquid separator 3)
The gas-liquid separator 3 is a device that separates moisture from the anode gas discharged from the fuel cell 2, and is connected to the anode electrode 22 of the fuel cell 2 via a pipe 5a as shown in FIG. The gas-liquid separator 3 includes a tank that stores water separated from the anode gas. The gas-liquid separator 3 is connected to the ejector 12 via a pipe 3a, and the anode gas separated from the water by the gas-liquid separator 3 is sucked up by the ejector 12 and supplied to the fuel cell 2 again. The Furthermore, the gas-liquid separator 3 is provided with a pipe 3b serving as a drain port, so that the collected water can be discharged.

(ドレイン弁4)
ドレイン弁4は、図1に示すように、気液分離器3の排水口である配管3bの途中に設けられており、配管3bを開閉可能になっている。また、ドレイン弁4は、後記するECU7に電気的に接続されており、ECU7からの信号を受けて開閉するようになっている。ドレイン弁4としては、例えばボール式、バタフライ式の電動弁などを用いることができる。
(Drain valve 4)
As shown in FIG. 1, the drain valve 4 is provided in the middle of a pipe 3 b that is a drain port of the gas-liquid separator 3, and can open and close the pipe 3 b. The drain valve 4 is electrically connected to an ECU 7 which will be described later, and opens and closes in response to a signal from the ECU 7. As the drain valve 4, for example, a ball-type or butterfly-type motor-operated valve can be used.

(温度センサ5)
温度センサ5は、アノード極22から排出されたアノードガスの温度を計測するセンサであり、図1に示すように、アノードガスの流路である配管5aに設置されている。また、温度センサ5は、後記するECU7に接続されており、計測したアノードガスの温度データをECU7に送信可能になっている。
(Temperature sensor 5)
The temperature sensor 5 is a sensor that measures the temperature of the anode gas discharged from the anode electrode 22, and as shown in FIG. 1, is installed in a pipe 5a that is a flow path of the anode gas. Further, the temperature sensor 5 is connected to an ECU 7 which will be described later, and the measured temperature data of the anode gas can be transmitted to the ECU 7.

(電流センサ6)
電流センサ6は、燃料電池2で発電された電流値(発電電流値)を計測するセンサであり、図1に示すように、燃料電池2と駆動装置14とを接続する外部回路6a上に設けられている。また、電流センサ6は、後記するECU7に接続されており、計測した発電電流値をECU7に送信可能になっている。
(Current sensor 6)
The current sensor 6 is a sensor that measures a current value (generated current value) generated by the fuel cell 2 and is provided on an external circuit 6a that connects the fuel cell 2 and the driving device 14 as shown in FIG. It has been. Further, the current sensor 6 is connected to an ECU 7 which will be described later, and the measured generated current value can be transmitted to the ECU 7.

(ECU7)
図2は、ECUの構成を示したブロック図である。
ECU7は、いわゆる電子制御装置(Electrical Control Unit)であり、図1および図2に示すように、制御手段8と、データ記憶手段9とを備えている。ECU7は、温度センサ5と、電流センサ6に接続されており、各センサから送られてきたアノードガス温度と発電電流値に基づいてドレイン弁4の開弁時間(ドレイン開弁時間)を算出するようになっている。また、ECU7は、ドレイン弁4に接続されており、ドレイン開弁時間に対応した制御信号をドレイン弁4に送信するようになっている。
以下、制御手段8およびデータ記憶手段9の構成について図2を参照して詳しく説明する。
(ECU 7)
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the ECU.
The ECU 7 is a so-called electronic control unit (Electrical Control Unit), and includes a control means 8 and a data storage means 9 as shown in FIGS. The ECU 7 is connected to the temperature sensor 5 and the current sensor 6 and calculates the valve opening time (drain valve opening time) of the drain valve 4 based on the anode gas temperature and the generated current value sent from each sensor. It is like that. The ECU 7 is connected to the drain valve 4 and transmits a control signal corresponding to the drain valve opening time to the drain valve 4.
Hereinafter, the configuration of the control means 8 and the data storage means 9 will be described in detail with reference to FIG.

(制御手段8)
制御手段8は、例えば中央演算処理装置や記憶装置などによって構成され、図2に示すように、結露水量算出手段81と、水排出量算出手段82と、第1ドレイン開弁時間算出手段83と、要求H2排出量算出手段84と、第2ドレイン開弁時間算出手段85と、ドレイン弁開閉制御手段86と、を含んでいる。
(Control means 8)
The control means 8 is constituted by, for example, a central processing unit, a storage device, and the like. As shown in FIG. 2, the condensed water amount calculation means 81, the water discharge amount calculation means 82, and the first drain valve opening time calculation means 83, The required H2 emission amount calculating means 84, the second drain valve opening time calculating means 85, and the drain valve opening / closing control means 86 are included.

(結露水量算出手段81)
結露水量算出手段81は、燃料電池2のアノード極22に結露する結露水量を算出する役割を果たすものである。具体的には、結露水量算出手段81は、温度センサ5および電流センサ6から受信したアノードガス温度データおよび発電電流値データに基づいて、後記する相関データ記憶手段に予め記憶されている発電電流値とアノードガス温度と結露水量との相関関係(図4(a)参照)に対応する相関データAを参照して、単位時間当りの結露水量xnを算出するようになっている。そして、結露水量算出手段81は、算出した単位時間当りの結露水量xnを計測時間tnと関連付けながら後記する結露水量記憶手段91に記憶するようになっている(図4(b)参照)。
なお、発電電流値とアノードガス温度と結露水量との相関関係については、後に詳しく説明する。
(Condensation water amount calculation means 81)
The condensed water amount calculation means 81 plays a role of calculating the amount of condensed water that forms condensation on the anode electrode 22 of the fuel cell 2. Specifically, the condensed water amount calculating means 81 is based on the anode gas temperature data and the generated current value data received from the temperature sensor 5 and the current sensor 6, and the generated current value stored in advance in the correlation data storage means described later. The amount of condensed water x n per unit time is calculated with reference to correlation data A corresponding to the correlation between the anode gas temperature and the amount of condensed water (see FIG. 4A). The condensed water amount calculation means 81 stores the calculated condensed water amount x n per unit time in the condensed water amount storage means 91 described later while associating it with the measurement time t n (see FIG. 4B). .
The correlation between the generated current value, the anode gas temperature, and the amount of condensed water will be described in detail later.

(水排出量算出手段82)
水排出量算出手段82は、気液分離器3に蓄えられた水の量から定まる水排水量Σxを
算出する役割を果たすものである。具体的には、水排出量算出手段82は、例えば前回の水排出時刻から所定時間が経過した場合に、結露水量記憶手段91に記憶された単位時間当りの結露水量を読み出してこれらを合計することにより水排水量Σxを算出するように
なっている。また、水排出量算出手段82は、算出した水排水量Σxについてのデータを
第1ドレイン開弁時間算出手段83に送信するようになっている。
(Water discharge calculation means 82)
The water discharge amount calculating means 82 plays a role of calculating a water drainage amount Σx determined from the amount of water stored in the gas-liquid separator 3. Specifically, the water discharge amount calculation unit 82 reads out the condensed water amount per unit time stored in the condensed water amount storage unit 91 and sums them when, for example, a predetermined time has elapsed since the previous water discharge time. Thus, the amount of water drainage Σx is calculated. Further, the water discharge amount calculating means 82 transmits data about the calculated water drainage amount Σx to the first drain valve opening time calculating means 83.

(第1ドレイン開弁時間算出手段83)
第1ドレイン開弁時間算出手段83は、水排水量Σxに基づいて、水排水量Σxに対応
するドレイン開弁時間T1(以下、単に「ドレイン開弁時間T1」という場合がある。)を算出する役割を果たすものである。具体的には、第1ドレイン開弁時間算出手段83は、水排出量算出手段82から受信した水排出量Σxに基づいて、後記する相関データ記憶
手段92に予め記憶された水排出量と水排出量に対応するドレイン開弁時間との相関関係(図4(c)参照)に対応する相関データBを参照して、水排出量に対応するドレイン開弁時間T1を算出するようになっている。また、第1ドレイン開弁時間算出手段83は、算出した水排出量に対応するドレイン開弁時間T1を、ドレイン弁開閉制御手段86に送信するようになっている。
(First drain valve opening time calculation means 83)
The first drain valve opening time calculating means 83 calculates a drain valve opening time T 1 corresponding to the water drainage amount Σx (hereinafter sometimes simply referred to as “drain valve opening time T 1 ”) based on the water drainage amount Σx. To play a role. Specifically, the first drain valve opening time calculation means 83 is configured to calculate the water discharge amount and the water stored in advance in the correlation data storage means 92 described later based on the water discharge amount Σx received from the water discharge amount calculation means 82. The drain valve opening time T 1 corresponding to the water discharge amount is calculated with reference to the correlation data B corresponding to the correlation (see FIG. 4C) with the drain valve opening time corresponding to the discharge amount. ing. Further, the first drain valve opening time calculation means 83 transmits the drain valve opening time T 1 corresponding to the calculated water discharge amount to the drain valve opening / closing control means 86.

(要求H2排出量算出手段84)
要求H2排出量算出手段84は、発電電流値に基づいて要求H2排出量を算出する役割を果たすものである。具体的には、要求H2排出量算出手段84は、例えば前回の排出終了時から所定時間が経過すると、そのときの発電電流値を電流センサから読み取り、後記する相関データ記憶手段92に予め記憶された発電電流値と要求H2排出量との相関関係(図5(a)参照)に対応する相関データCを参照して、要求H2排出量を算出するようになっている。また、要求H2排出量算出手段84は、算出した要求H2排出量についてのデータを第2ドレイン開弁時間算出手段85に送信するようになっている。
なお、第1実施形態においては、発電電流値と要求H2排出量との相関関係から要求H2排出量を求めることとしたが、要求H2排出量は固定値であってもよい。
(Required H 2 emission calculation means 84)
The required H 2 emission amount calculation means 84 plays a role of calculating the required H 2 emission amount based on the generated current value. Specifically, the required H 2 emission amount calculation means 84 reads the generated current value at that time from the current sensor when, for example, a predetermined time has elapsed since the end of the previous emission, and stores it in the correlation data storage means 92 described later in advance. The required H 2 emission amount is calculated with reference to correlation data C corresponding to the correlation between the generated power generation value and the required H 2 emission amount (see FIG. 5A). Further, the required H 2 emission amount calculation means 84 transmits data on the calculated required H 2 emission amount to the second drain valve opening time calculation means 85.
In the first embodiment, it is assumed that seek request H 2 emissions from the correlation between the generated current value and the required H 2 emissions required H 2 emissions may be a fixed value.

(第2ドレイン開弁時間算出手段85)
第2ドレイン開弁時間算出手段85は、要求H2排出量とアノードガス温度とに基づいてアノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間T2(以下、単に「ドレイン開弁時間T2」という場合がある。)を算出する役割を果たすものである。具体的には、第2ドレイン開弁時間算出手段85は、要求H2排出量算出手段84から受信した要求H2排出量と、温度センサ5から受信したアノードガス温度とに基づいて、後記する相関データ記憶手段92に予め記憶された要求H2排出量とアノードガス温度とアノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間との相関関係(図5(b)参照)に対応する相関データDを参照して、アノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間T2を算出するようになっている。また、第2ドレイン開弁時間算出手段85は、算出したドレイン開弁時間T2を、ドレイン弁開閉制御手段86に送信するようになっている。
(Second drain valve opening time calculating means 85)
The second drain valve opening time calculation means 85 is a drain valve opening time T 2 (hereinafter simply referred to as “drain valve opening time T 2 ”) corresponding to the anode gas discharge amount based on the required H 2 discharge amount and the anode gas temperature. In some cases). Specifically, the second drain valve opening time calculating means 85 will be described later based on the requested H 2 emission amount received from the requested H 2 emission amount calculating means 84 and the anode gas temperature received from the temperature sensor 5. Correlation data D corresponding to the correlation (see FIG. 5B) of the required H 2 discharge amount, the anode gas temperature, and the drain valve opening time corresponding to the anode gas discharge amount stored in advance in the correlation data storage means 92 is obtained. Referring to, the drain valve opening time T 2 corresponding to the anode gas discharge amount is calculated. Further, the second drain valve opening time calculating means 85 transmits the calculated drain valve opening time T 2 to the drain valve opening / closing control means 86.

(ドレイン弁開閉制御手段86)
ドレイン弁開閉制御手段86は、水排出量に対応するドレイン開弁時間T1とアノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間T2とに基づいて、ドレイン弁4を開閉制御する役割を果たすものである。具体的には、ドレイン弁開閉制御手段86は、水排出量に対応するドレイン開弁時間T1とアノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間T2とを受信すると、これらの時間を合計し、合計時間に対応する制御信号を生成してドレイン弁4に送信するようになっている。
(Drain valve opening / closing control means 86)
The drain valve opening / closing control means 86 plays a role of controlling the opening / closing of the drain valve 4 based on the drain valve opening time T 1 corresponding to the water discharge amount and the drain valve opening time T 2 corresponding to the anode gas discharge amount. It is. Specifically, when the drain valve opening / closing control means 86 receives the drain valve opening time T 1 corresponding to the water discharge amount and the drain valve opening time T 2 corresponding to the anode gas discharge amount, the drain valve opening / closing control means 86 adds these times. A control signal corresponding to the total time is generated and transmitted to the drain valve 4.

(データ記憶手段9)
データ記憶手段9は、例えばメモリ装置から構成され、図1、図2に示すように、結露水量記憶手段91と、相関データ記憶手段92とを含んでいる。データ記憶手段9は、制御手段8と接続されており、データの読み出し、書き込みができるようになっている。
(Data storage means 9)
The data storage means 9 is composed of, for example, a memory device, and includes a condensed water amount storage means 91 and a correlation data storage means 92 as shown in FIGS. The data storage means 9 is connected to the control means 8 and can read and write data.

(結露水量記憶手段91)
結露水量記憶手段91は、結露水量算出手段81で算出されたアノード極22における単位時間辺りの結露水量xnを記憶する役割を果たすものである。例えば、単位時間辺りの結露水量xnは、図4(b)に示すように、発電電流値の計測時間tnと関連付けられてデータベース化されて記憶される。
(Condensate amount storage means 91)
The condensed water amount storage unit 91 plays a role of storing the condensed water amount x n per unit time in the anode electrode 22 calculated by the condensed water amount calculation unit 81. For example, the condensed water amount x n per unit time is stored in a database in association with the measurement time t n of the generated current value, as shown in FIG. 4B.

(相関データ記憶手段92)
相関データ記憶手段92は、アノードガス温度および発電電流値に基づいてドレイン開弁時間を算出するために必要な種々の相関関係をデータとして記憶する役割を果たすものである。相関データ記憶手段92には、(A)発電電流値とアノードガス温度と結露水量との相関関係と、(B)水排出量と水排出量に対応するドレイン開弁時間との相関関係と、(C)発電電流値と要求H2排出量との相関関係と、(D)要求H2排出量とアノードガス温度とアノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間との相関関係と、に対応する4つの相関データA、B、C、Dが記憶されている。以下、これらの相関関係について図4および図5を参照して説明する。
(Correlation data storage means 92)
The correlation data storage unit 92 plays a role of storing various correlations necessary for calculating the drain valve opening time based on the anode gas temperature and the generated current value as data. The correlation data storage unit 92 includes (A) a correlation between the generated current value, the anode gas temperature, and the amount of condensed water, and (B) a correlation between the water discharge amount and the drain valve opening time corresponding to the water discharge amount, (C) Corresponds to the correlation between the generated current value and the required H 2 emission amount, and (D) the correlation between the required H 2 emission amount, the anode gas temperature, and the drain valve opening time corresponding to the anode gas emission amount. 4 correlation data A, B, C, and D are stored. Hereinafter, these correlations will be described with reference to FIGS.

(A)発電電流値とアノードガス温度と結露水量との相関関係
図4(a)は、発電電流値とアノードガス温度と結露水量との相関関係を模式的に示した図である。発電電流値とアノードガス温度と結露水量とは、図4(a)に示すように、発電電流値が大きくなるほど結露水量が大きくなるとともに、アノードガス温度が高くなるほど結露水量が大きくなる関係にある。かかる関係は、次のような原理に基づいて導き出される。
(A) Correlation between power generation current value, anode gas temperature, and amount of condensed water FIG. 4A is a diagram schematically showing a correlation between generated current value, anode gas temperature, and amount of condensed water. As shown in FIG. 4A, the generated current value, the anode gas temperature, and the amount of condensed water have a relationship that the amount of condensed water increases as the generated current value increases, and the amount of condensed water increases as the anode gas temperature increases. . Such a relationship is derived based on the following principle.

すなわち、発電電流値が大きいということは燃料電池2において電気化学反応が活発であるということであり、カソード極23における水の生成量が多くなる。また、アノードガス温度が高くなるということは、カソードガス温度も同様に高くなるということであり、例えば、アノードガス温度Taおよびカソードガス温度Tcがある割合で高くなると、アノードガスの水蒸気分圧Pwaおよびカソードガスの水蒸気分圧Pwcもある割合で高くなり、その結果、両者の差圧(Pwc−Pwa)もある割合で大きくなる。その結果、電解質膜21を透過して結露する生成水の量が多くなる。
なお、発電電流値とアノードガス温度と結露水量との相関関係は、例えば実験によって求めることができる。
That is, the large generated current value means that the electrochemical reaction is active in the fuel cell 2 and the amount of water generated at the cathode electrode 23 increases. The increase in the anode gas temperature means that the cathode gas temperature also increases. For example, when the anode gas temperature Ta and the cathode gas temperature Tc increase at a certain rate, the water vapor content of the anode gas is increased. The pressure P wa and the water vapor partial pressure P wc of the cathode gas also increase at a certain rate, and as a result, the differential pressure between them (P wc −P wa ) also increases at a certain rate. As a result, the amount of generated water that permeates through the electrolyte membrane 21 and condenses increases.
Note that the correlation between the generated current value, the anode gas temperature, and the amount of condensed water can be obtained by experiments, for example.

(B)水排出量と水排出量に対応するドレイン開弁時間との相関関係
図4(c)は、水排出量と水排出量に対応するドレイン開弁時間との相関関係を模式的に示した図である。水排出量と水排出量に対応するドレイン開弁時間とは、水排出量が多いほどドレイン開弁時間が長くなるという、いわゆる比例関係にある。当該関係は、例えば実験によって求めることができるほか、排出口となる配管3bやドレイン弁4の開口径に基づいて設定することができる。
(B) Correlation between water discharge amount and drain valve opening time corresponding to water discharge amount FIG. 4C schematically shows the correlation between water discharge amount and drain valve opening time corresponding to water discharge amount. FIG. The water discharge amount and the drain valve opening time corresponding to the water discharge amount have a so-called proportional relationship that the drain valve opening time becomes longer as the water discharge amount increases. The relationship can be obtained by, for example, experiments, or can be set based on the opening diameter of the piping 3b serving as the discharge port or the drain valve 4.

(C)発電電流値と要求H2排出量との相関関係
図5(a)は、発電電流値と要求H2排出量との相関関係を模式的に示した図である。発明者らは、研究の結果、図5に示す関係に基づいて要求H2排出量を設定するのが好適であることを見出した。すなわち、発電電流値が所定値よりも小さい範囲では、発電電流値に対して比例の関係となるように要求H2排出量を設定し、発電電流値が所定値よりも大きい範囲では、安全性の観点から要求H2排出量を頭打ちにするのが好適であることを見出し、図5に示すような関係を規定した。
(C) Correlation Figure 5 and the generated current value and the required H 2 emissions (a) is a diagram schematically showing the correlation between the generated current value and the required H 2 emissions. As a result of research, the inventors have found that it is preferable to set the required H 2 emission amount based on the relationship shown in FIG. That is, in the range where the generated current value is smaller than the predetermined value, the required H 2 emission amount is set so as to be proportional to the generated current value, and in the range where the generated current value is larger than the predetermined value, safety From the point of view, it was found that it is preferable to reach the required H 2 emission amount, and the relationship as shown in FIG. 5 was defined.

なお、要求H2排出量は固定値であっても良い。かかる場合には、当該発電電流値と要求H2排出量との相関関係に替えて、固定値とした要求H2排出量をデータ記憶手段9に記憶させるとともに、要求H2排出量算出手段84を省略して第2ドレイン開弁時間算出手段85によって固定値とした要求H2排出量を読み出し、アノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間T2を計算するようにしてもよい。 The required H 2 emission amount may be a fixed value. In such a case, instead of the correlation between the generated current value and the required H 2 emissions, with and stores the fixed value and the requested H 2 emissions data storage unit 9, required H 2 emission calculating unit 84 May be omitted, and the second drain valve opening time calculation means 85 may read out the required H 2 discharge amount which is a fixed value, and calculate the drain valve opening time T 2 corresponding to the anode gas discharge amount.

(D)要求H2排出量とアノードガス温度とドレイン開弁時間T2との相関関係
図5(b)は、要求H2排出量とアノードガス温度とアノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間との相関関係を模式的に示した図である。要求H2排出量とアノードガス温度とドレイン開弁時間T2との関係は、図5(b)に示すように、要求H2排出量が大きくなるほどドレイン開弁時間T2が大きく(長く)なるとともに、アノードガス温度が高くなるほどドレイン開弁時間T2が大きく(長く)なる関係にある。かかる関係は、次のような原理に基づいて導き出される。
(D) Correlation between required H 2 discharge amount, anode gas temperature, and drain valve opening time T 2 FIG. 5B shows a drain valve opening corresponding to the required H 2 discharge amount, anode gas temperature, and anode gas discharge amount. It is the figure which showed the correlation with time typically. As shown in FIG. 5B, the relationship between the required H 2 emission amount, the anode gas temperature, and the drain valve opening time T 2 is such that the drain valve opening time T 2 increases (longer) as the required H 2 emission amount increases. In addition, the higher the anode gas temperature, the longer (longer) the drain valve opening time T 2 is. Such a relationship is derived based on the following principle.

すなわち、アノードガス流路内におけるアノードガスの循環能力が一定であれば、要求H2排出量が大きくなるほどこれを排出するのに必要な時間(すなわちドレイン開弁時間T2)は当然に長くなる。また、アノードガスの温度が高くなるほどアノードガスに含まれる水蒸気の量が多くなり、相対的に、アノードガスに含まれるH2の量が少なくなる。その結果、アノードガスの温度が高いほど、要求H2排出量を含むアノードガスを排出するのに必要な時間は長くなる。
以上のことから、図5(b)に示すような相関関係を導き出すことができる。
That is, if the circulation capacity of the anode gas in the anode gas flow path is constant, the time required for discharging the anode gas (ie, the drain valve opening time T 2 ) naturally becomes longer as the required H 2 discharge amount increases. . Further, as the temperature of the anode gas increases, the amount of water vapor contained in the anode gas increases, and the amount of H 2 contained in the anode gas relatively decreases. As a result, the higher the temperature of the anode gas, the longer the time required to discharge the anode gas including the required H 2 emission amount.
From the above, the correlation as shown in FIG. 5B can be derived.

(燃料電池システム1の動作)
つづいて、燃料電池システム1の動作について図3を参照(適宜図1、図2を参照)して説明する。図3は、燃料電池システムの動作の流れを示したフロー図である。
(Operation of fuel cell system 1)
Next, the operation of the fuel cell system 1 will be described with reference to FIG. 3 (refer to FIGS. 1 and 2 as appropriate). FIG. 3 is a flowchart showing an operation flow of the fuel cell system.

(ステップS1)
前回の水およびアノードガスの排出が完了すると、結露水量算出手段81は、温度センサ5および電流センサ6からアノードガス温度データおよび発電電流値データを受信し、相関データ記憶手段92に予め記憶されている発電電流値とアノードガス温度と結露水量との相関関係に対応する相関データAを参照して、単位時間当りの結露水量xnを算出する。
(Step S1)
When the previous water and anode gas discharge is completed, the dew condensation water amount calculation means 81 receives the anode gas temperature data and the generated current value data from the temperature sensor 5 and the current sensor 6, and is stored in advance in the correlation data storage means 92. The amount of condensed water xn per unit time is calculated with reference to correlation data A corresponding to the correlation between the generated current value, the anode gas temperature, and the amount of condensed water.

そして、結露水量算出手段81は、算出した単位時間当りの結露水量xnを、アノードガス温度の計測時間tnと関連付けながら結露水量記憶手段91に記憶する。なお、結露水量記憶手段91は、例えば前回の排出が完了した時点でリセットされている。 The condensed water amount calculating means 81 stores the calculated condensed water amount x n per unit time in the condensed water amount storage means 91 in association with the measurement time t n of the anode gas temperature. Note that the condensed water amount storage unit 91 is reset, for example, when the previous discharge is completed.

(ステップS2)
水排出量算出手段82は、前回の排出から所定時間が経過したか否かを判定する。前回の排出から所定時間が経過していない場合(ステップS2、No)には、ステップS1に戻って再び単位時間当りの結露水量xnを算出し、結露水量記憶手段91に記憶する。
(Step S2)
The water discharge amount calculation means 82 determines whether or not a predetermined time has elapsed since the previous discharge. If the predetermined time has not elapsed since the previous discharge (step S2, No), the process returns to step S1 to calculate the condensed water amount xn per unit time and store it in the condensed water amount storage means 91.

(ステップS3)
前回の排出から所定時間が経過している場合(ステップS2、Yes)には、水排出量算出手段82は、結露水量記憶手段91に記憶されている単位時間当りの結露水量xnを合計して水排出量Σxを算出する。水排出量算出手段82は、算出した水排出量Σxを第
1ドレイン開弁時間算出手段83に送信する。
(Step S3)
If the predetermined time has elapsed since the previous discharge (step S2, Yes), the water discharge amount calculation means 82 sums the condensed water amount xn stored in the condensed water amount storage means 91. To calculate the water discharge amount Σx. The water discharge amount calculation means 82 transmits the calculated water discharge amount Σx to the first drain valve opening time calculation means 83.

(ステップS4)
第1ドレイン開弁時間算出手段83は、水排出量算出手段82から水排出量Σxについ
てのデータを受信すると、相関データ記憶手段92に予め記憶された水排出量と水排出量に対応するドレイン開弁時間との相関関係(図4(c)参照)に対応する相関データBを参照して、水排出量に対応するドレイン開弁時間T1を算出する。第1ドレイン開弁時間算出手段83は、算出したドレイン開弁時間T1をドレイン弁開閉制御手段86に送信する。
(Step S4)
When the first drain valve opening time calculation means 83 receives data on the water discharge amount Σx from the water discharge amount calculation means 82, the drain corresponding to the water discharge amount and the water discharge amount stored in advance in the correlation data storage means 92. The drain valve opening time T 1 corresponding to the water discharge amount is calculated with reference to the correlation data B corresponding to the correlation with the valve opening time (see FIG. 4C). The first drain valve opening time calculation means 83 transmits the calculated drain valve opening time T 1 to the drain valve opening / closing control means 86.

(ステップS5)
つぎに、要求H2排出量算出手段84は、発電電流値を電流センサから読み取り、相関データ記憶手段92に予め記憶された発電電流値と要求H2排出量との相関関係(図5(a)参照)に対応する相関データCを参照して、要求H2排出量を算出する。そして、要求H2排出量算出手段84は、算出した要求H2排出量についてのデータを第2ドレイン開弁時間算出手段85に送信する。
(Step S5)
The request H2 emission calculating unit 84 reads a power generation current value from the current sensor, correlation between the pre-stored generated current value in the correlation data storage unit 92 and requests H 2 emissions (FIGS. 5 (a) The required H 2 emission amount is calculated with reference to the correlation data C corresponding to the reference). Then, the required H 2 emission amount calculation unit 84 transmits data on the calculated required H 2 emission amount to the second drain valve opening time calculation unit 85.

(ステップS6)
第2ドレイン開弁時間算出手段85は、要求H2排出量を受信すると、温度センサ5からアノードガス温度を読み取るとともに、相関データ記憶手段92に予め記憶された要求H2排出量とアノードガス温度とアノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間との相関関係(図5(b)参照)に対応する相関データDを参照して、アノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間T2を算出する。第2ドレイン開弁時間算出手段85は、算出したドレイン開弁時間T2をドレイン弁開閉制御手段86に送信する。
(Step S6)
When the second drain valve opening time calculation means 85 receives the required H 2 discharge amount, the second drain valve opening time calculation means 85 reads the anode gas temperature from the temperature sensor 5 and simultaneously stores the required H 2 discharge amount and the anode gas temperature stored in the correlation data storage means 92. The drain valve opening time T 2 corresponding to the anode gas discharge amount is calculated by referring to the correlation data D corresponding to the correlation between the valve opening time corresponding to the anode gas discharge amount (see FIG. 5B). To do. The second drain valve opening time calculating means 85 transmits the calculated drain valve opening time T 2 to the drain valve opening / closing control means 86.

(ステップS7)
ドレイン弁開閉制御手段86は、水排出量に対応するドレイン開弁時間T1とアノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間T2とを受信すると、これらの時間を合計し、合計時間に対応する制御信号を生成してドレイン弁4に送信する。これにより、ドレイン弁4は、水排出量に対応するドレイン開弁時間T1とアノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間T2との合計時間だけ開放されることとなり、気液分離器3に溜まった水と要求H2排出量に相当するH2を含むアノードガスとが排出される。
(Step S7)
When the drain valve opening / closing control means 86 receives the drain valve opening time T 1 corresponding to the water discharge amount and the drain valve opening time T 2 corresponding to the anode gas discharge amount, the drain valve opening / closing control means 86 adds these times and corresponds to the total time. A control signal to be generated is transmitted to the drain valve 4. As a result, the drain valve 4 is opened for a total time of the drain valve opening time T 1 corresponding to the water discharge amount and the drain valve opening time T 2 corresponding to the anode gas discharge amount, and the gas-liquid separator 3 And the anode gas containing H 2 corresponding to the required H 2 emission amount are discharged.

以上、第1実施形態に係る燃料電池システム1の構成と動作について説明したが、本発明は当該第1実施形態に限定されるものではない。   As mentioned above, although the structure and operation | movement of the fuel cell system 1 which concern on 1st Embodiment were demonstrated, this invention is not limited to the said 1st Embodiment.

例えば、第1実施形態に係る燃料電池システム1は、気液分離器3で分離した水と、配管内のアノードガスとをドレイン弁4から排出することとしたが、アノードガスの排出については他の公知の制御方法で行うようにしてもよい。また、アノードガスについては、図示しないアノードガス用のパージ弁から排出することとし、ドレイン弁4からは気液分離器3で分離した水のみを排出してもよい。かかる場合には、要求H2排出量算出手段84と第2ドレイン開弁時間算出手段85とを省略するとともに、これらの手段84、85で用いる相関関係についても省略することができる。   For example, in the fuel cell system 1 according to the first embodiment, the water separated by the gas-liquid separator 3 and the anode gas in the pipe are discharged from the drain valve 4. You may make it carry out by the well-known control method. The anode gas may be discharged from an anode gas purge valve (not shown), and only the water separated by the gas-liquid separator 3 may be discharged from the drain valve 4. In such a case, the required H2 emission amount calculating means 84 and the second drain valve opening time calculating means 85 can be omitted, and the correlation used by these means 84 and 85 can also be omitted.

<第2実施形態>
第2実施形態として、アノードガスの温度と、アノードガスの圧力と、カソードガスの温度と、に基づいてドレイン弁の開閉時間を制御する燃料電池システム100に本発明を適用した場合について説明する。なお、第1実施形態と同一の要素には同一の番号を付し、重複する説明は省略する。
Second Embodiment
As a second embodiment, a case will be described in which the present invention is applied to a fuel cell system 100 that controls the open / close time of a drain valve based on the temperature of the anode gas, the pressure of the anode gas, and the temperature of the cathode gas. In addition, the same number is attached | subjected to the element same as 1st Embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

第2実施形態に係る燃料電池システム100は、第1実施形態に係る燃料電池システム1と比較して、圧力センサ102を備える点と、第2温度センサ103を備える点と、前記電流センサ6が省略されている点と、制御手段108およびデータ記憶手段109に含まれる構成と、が相違している。以下、燃料電池システム100について、これらの相違点を中心に、図6乃至図9を参照して説明する。   Compared with the fuel cell system 1 according to the first embodiment, the fuel cell system 100 according to the second embodiment includes a pressure sensor 102, a second temperature sensor 103, and the current sensor 6. The points that are omitted are different from the configurations included in the control means 108 and the data storage means 109. Hereinafter, the fuel cell system 100 will be described with reference to FIGS. 6 to 9 focusing on these differences.

(燃料電池システム100の構成)
図6は、本発明の第2実施形態に係る燃料電池システムを示した概略構成図である。
燃料電池システム100は、図6に示すように、アノード極22から排出されるアノードガスの流路である配管5aに、アノードガスの温度を計測する第1温度センサ101と、アノードガスの圧力を計測する圧力センサ102と、を備えている。また、カソード極23から排出されるカソードガスの流路である配管13bに、カソードガスの温度を計測する第2温度センサ103を備えている。
(Configuration of fuel cell system 100)
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 6, the fuel cell system 100 includes a first temperature sensor 101 that measures the temperature of the anode gas and a pressure of the anode gas in a pipe 5 a that is a flow path of the anode gas discharged from the anode electrode 22. And a pressure sensor 102 for measurement. In addition, a second temperature sensor 103 that measures the temperature of the cathode gas is provided in the pipe 13 b that is a flow path of the cathode gas discharged from the cathode electrode 23.

(第1温度センサ101)
第1温度センサ101は、燃料電池2のアノード極22から排出されるアノードガスの温度を所定時間間隔で計測するものである。計測したデータは、後記する制御手段108に送信されるようになっている。
(First temperature sensor 101)
The first temperature sensor 101 measures the temperature of the anode gas discharged from the anode electrode 22 of the fuel cell 2 at predetermined time intervals. The measured data is transmitted to the control means 108 described later.

(圧力センサ102)
圧力センサ102は、燃料電池2のアノード極22から排出されるアノードガスの圧力を所定時間間隔で計測するものである。計測したデータは、後記する制御手段108に送信されるようになっている。
(Pressure sensor 102)
The pressure sensor 102 measures the pressure of the anode gas discharged from the anode electrode 22 of the fuel cell 2 at predetermined time intervals. The measured data is transmitted to the control means 108 described later.

(第2温度センサ103)
第2温度センサ103は、燃料電池2のカソード極23から排出されるカソードガスの温度を所定時間間隔で計測するものである。計測したデータは、後記する制御手段108に送信されるようになっている。
(Second temperature sensor 103)
The second temperature sensor 103 measures the temperature of the cathode gas discharged from the cathode electrode 23 of the fuel cell 2 at predetermined time intervals. The measured data is transmitted to the control means 108 described later.

(ECU107)
図7は、ECUの構成を示したブロック図である。
ECU107は、いわゆる電子制御装置(Electrical Control Unit)であり、図6および図7に示すように、制御手段108と、データ記憶手段109とを備えている。ECU107は、第1温度センサ101と、圧力センサ102と、第2温度センサ103とに接続されており、各センサから送られてきたアノードガス温度とアノードガス圧力とカソードガス温度とに基づいてドレイン弁4の開弁時間(ドレイン開弁時間)を算出するようになっている。また、ECU107は、ドレイン弁4に接続されており、ドレイン開弁時間に対応した制御信号をドレイン弁4に送信するようになっている。
以下、制御手段108およびデータ記憶手段109の構成について図7を参照して詳しく説明する。
(ECU 107)
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the ECU.
The ECU 107 is a so-called electronic control unit (Electrical Control Unit), and includes a control means 108 and a data storage means 109 as shown in FIGS. The ECU 107 is connected to the first temperature sensor 101, the pressure sensor 102, and the second temperature sensor 103, and drains based on the anode gas temperature, anode gas pressure, and cathode gas temperature sent from each sensor. The valve opening time (drain opening time) of the valve 4 is calculated. The ECU 107 is connected to the drain valve 4 and transmits a control signal corresponding to the drain valve opening time to the drain valve 4.
Hereinafter, the configuration of the control means 108 and the data storage means 109 will be described in detail with reference to FIG.

(制御手段108)
制御手段108は、例えば中央演算処理装置などによって構成され、図7に示すように、アノード水蒸気分圧算出手段181Aと、カソード水蒸気分圧算出手段181Bと、水蒸気分圧差算出手段182と、結露水量算出手段183と、水排出量算出手段184と、第1ドレイン開弁時間算出手段185と、圧力比算出手段186と、アノードガス排出量算出手段187と、第2ドレイン開弁時間算出手段188と、ドレイン弁開閉制御手段189と、を含んでいる。
(Control means 108)
The control means 108 is constituted by, for example, a central processing unit, and as shown in FIG. 7, the anode water vapor partial pressure calculating means 181A, the cathode water vapor partial pressure calculating means 181B, the water vapor partial pressure difference calculating means 182, and the amount of condensed water Calculation means 183, water discharge amount calculation means 184, first drain valve opening time calculation means 185, pressure ratio calculation means 186, anode gas discharge amount calculation means 187, second drain valve opening time calculation means 188, , And a drain valve opening / closing control means 189.

(アノード水蒸気分圧算出手段181A)
アノード水蒸気分圧算出手段181Aは、アノード極22から排出されたアノードガスの水蒸気分圧Pwaを計測する役割を果たすものである。具体的には、アノード水蒸気分圧算出手段181Aは、第1温度センサ101から送信されてくるアノードガス温度に関するデータに基づいて、当該アノードガス温度に対応する飽和水蒸気圧を算出するようになっている。アノード極22には結露水が豊富に存在することから、アノード極22の出口付近では、アノードガスは飽和していると考えられるので、「飽和水蒸気圧=アノードガスの水蒸気分圧Pwa」とすることができる。また、アノード水蒸気分圧算出手段181Aは、算出したアノードガスの水蒸気分圧Pwaを水蒸気分圧差算出手段182に送信するようになっている。
(Anode water vapor partial pressure calculating means 181A)
The anode water vapor partial pressure calculating means 181A plays a role of measuring the water vapor partial pressure P wa of the anode gas discharged from the anode electrode 22. Specifically, the anode water vapor partial pressure calculating means 181A calculates the saturated water vapor pressure corresponding to the anode gas temperature based on the data related to the anode gas temperature transmitted from the first temperature sensor 101. Yes. Since the anode electrode 22 is rich in condensed water, the anode gas is considered to be saturated near the outlet of the anode electrode 22, so that “saturated water vapor pressure = water vapor partial pressure P wa of the anode gas” can do. Further, the anode water vapor partial pressure calculating unit 181A transmits the calculated water vapor partial pressure P wa of the anode gas to the water vapor partial pressure difference calculating unit 182.

温度T(℃)における飽和水蒸気圧E(hPa)は、例えば次式(1)に示すTetensの式を用いて計算することができる。

Figure 2006147161
また、飽和水蒸気圧は、たとえば図10の温度T(℃)と飽和水蒸気圧E(hPa)との相関関係を示すマップ値を参照して求めてもよい。なお、温度T(℃)と飽和水蒸気圧E(hPa)との相関関係を示すマップ値は、例えば実験により求めることができる。当該マップ値は、例えば後記する相関データ記憶手段192に記憶される。 The saturated water vapor pressure E (hPa) at the temperature T (° C.) can be calculated using, for example, the Tetens equation shown in the following equation (1).
Figure 2006147161
Further, the saturated water vapor pressure may be obtained, for example, with reference to a map value indicating the correlation between the temperature T (° C.) and the saturated water vapor pressure E (hPa) in FIG. In addition, the map value which shows correlation with temperature T (degreeC) and saturated water vapor pressure E (hPa) can be calculated | required, for example by experiment. The map value is stored in, for example, correlation data storage means 192 described later.

(カソード水蒸気分圧算出手段181B)
カソード水蒸気分圧算出手段181Bは、カソード極23から排出されたカソードガスの水蒸気分圧Pwcを計測する役割を果たすものである。具体的には、カソード水蒸気分圧算出手段181Bは、第2温度センサ103から送信されてくるカソード温度に関するデータに基づいて、当該カソード温度に対応する飽和水蒸気圧を算出するようになっている。カソード極23には生成水が豊富に存在することから、カソード極の出口付近ではカソードガスは飽和していると考えられるので、「飽和水蒸気圧=カソードガスの水蒸気分圧Pwc」とすることができる。また、カソード水蒸気分圧算出手段181Bは、算出したカソードガスの水蒸気分圧Pwcを水蒸気分圧差算出手段182に送信するようになっている。なお、飽和水蒸気圧の計算は、アノードガスの場合と同様に行うことができる。
(Cathode water vapor partial pressure calculating means 181B)
The cathode water vapor partial pressure calculating means 181B serves to measure the water vapor partial pressure P wc of the cathode gas discharged from the cathode electrode 23. Specifically, the cathode water vapor partial pressure calculating unit 181B calculates a saturated water vapor pressure corresponding to the cathode temperature based on data on the cathode temperature transmitted from the second temperature sensor 103. Since the cathode electrode 23 is rich in generated water, it is considered that the cathode gas is saturated near the outlet of the cathode electrode, so that “saturated water vapor pressure = water vapor partial pressure P wc of the cathode gas” is set. Can do. The cathode water vapor partial pressure calculating means 181B transmits the calculated cathode gas water vapor partial pressure P wc to the water vapor partial pressure difference calculating means 182. The calculation of the saturated water vapor pressure can be performed in the same manner as in the case of the anode gas.

(水蒸気分圧差算出手段182)
水蒸気分圧差算出手段182は、アノードガスの水蒸気分圧Pwaとカソードガスの水蒸気分圧Pwcとの分差圧(水蒸気分圧差△Pw)を算出するものである。水蒸気分圧差算出手段182は、算出した水蒸気分圧差△Pwを結露水量算出手段183に送信するようになっている。なお、水蒸気分圧差△Pwは、次式(2)によって計算される。
△Pw=Pwc−Pwa ・・・ 式(2)
(Water vapor partial pressure difference calculating means 182)
The water vapor partial pressure difference calculating means 182 calculates a partial pressure difference (water vapor partial pressure difference ΔP w ) between the water vapor partial pressure P wa of the anode gas and the water vapor partial pressure P wc of the cathode gas. The water vapor partial pressure difference calculating means 182 transmits the calculated water vapor partial pressure difference ΔP w to the condensed water amount calculating means 183. The water vapor partial pressure difference ΔP w is calculated by the following equation (2).
ΔP w = P wc −P wa (2)

(結露水量算出手段183)
結露水量算出手段183は、燃料電池2のアノード極22に結露する結露水量を算出する役割を果たすものである。具体的には、結露水量算出手段183は、水蒸気分圧差算出手段182から送信される水蒸気分圧差△Pwに基づいて、後記する相関データ記憶手段192に予め記憶されている水蒸気分圧差△Pwと結露水量との相関関係(図9参照)に対応する相関データEを参照して、単位時間当りの結露水量xnを算出するようになっている。そして、結露水量算出手段183は、算出した単位時間当りの結露水量xnをアノードガス温度(またはカソードガス温度)の計測時間tnと関連付けながら後記する結露水量記憶手段191に記憶するようになっている。
(Condensation water amount calculation means 183)
The condensed water amount calculating means 183 plays a role of calculating the amount of condensed water that forms condensation on the anode electrode 22 of the fuel cell 2. Specifically, the dew condensation water amount calculating means 183 is based on the water vapor partial pressure difference ΔP w transmitted from the water vapor partial pressure difference calculating means 182, and the water vapor partial pressure difference ΔP stored in advance in the correlation data storage means 192 described later. By referring to correlation data E corresponding to the correlation between w and the amount of condensed water (see FIG. 9), the amount of condensed water x n per unit time is calculated. The condensed water amount calculation means 183 stores the calculated condensed water amount x n per unit time in the condensed water amount storage means 191 described later while associating it with the measurement time t n of the anode gas temperature (or cathode gas temperature). ing.

(水排出量算出手段184)
水排出量算出手段184は、気液分離器3に蓄えられた水の量から定まる水排水量Σx
を算出する役割を果たすものである。具体的には、水排出量算出手段184は、例えば前回の水排出時刻から所定時間が経過した場合に、結露水量記憶手段191に記憶された単位時間当りの結露水量を読み出してこれらを合計することにより水排水量Σxを算出する
ようになっている。また、水排出量算出手段184は、算出した水排水量Σxについての
データを第1ドレイン開弁時間算出手段184に送信するようになっている。
(Water discharge calculation means 184)
The water discharge amount calculation means 184 is a water drainage amount Σx determined from the amount of water stored in the gas-liquid separator 3.
It plays the role which calculates. Specifically, the water discharge amount calculating means 184 reads out the condensed water amount per unit time stored in the condensed water amount storage means 191 and sums them when, for example, a predetermined time has elapsed since the previous water discharge time. Thus, the amount of water drainage Σx is calculated. Further, the water discharge amount calculating means 184 transmits data about the calculated water drainage amount Σx to the first drain valve opening time calculating means 184.

(第1ドレイン開弁時間算出手段185)
第1ドレイン開弁時間算出手段185は、水排水量Σxに基づいてドレイン弁4を開放
する時間T1(水排水量Σxに対応するドレイン開弁時間T1)を算出する役割を果たす
ものである。具体的には、第1ドレイン開弁時間算出手段185は、水排出量算出手段184から送信される水排出量Σxに基づいて、後記する相関データ記憶手段192に予め
記憶された水排出量と水排出量に対応するドレイン開弁時間との相関関係(図4(c)参照)に対応する相関データFを参照して、水排出量に対応するドレイン開弁時間T1を算出するようになっている。また、第1ドレイン開弁時間算出手段185は、算出したドレイン開弁時間T1を、ドレイン弁開閉制御手段189に送信するようになっている。
(First drain valve opening time calculating means 185)
The first drain valve opening time calculating means 185 plays a role of calculating a time T 1 for opening the drain valve 4 (drain opening time T 1 corresponding to the water drainage amount Σx) based on the water drainage amount Σx. Specifically, the first drain valve opening time calculation unit 185 is configured to calculate the water discharge amount stored in advance in the correlation data storage unit 192 described later based on the water discharge amount Σx transmitted from the water discharge amount calculation unit 184. The drain valve opening time T 1 corresponding to the water discharge amount is calculated by referring to the correlation data F corresponding to the correlation (see FIG. 4C) with the drain valve opening time corresponding to the water discharge amount. It has become. Further, the first drain valve opening time calculation means 185 transmits the calculated drain valve opening time T 1 to the drain valve opening / closing control means 189.

(圧力比算出手段186)
圧力比算出手段186は、アノードガスの全圧Pとアノードガス中のH2の分圧PH2との圧力比P/PH2を算出する役割を果たすものである。具体的には、圧力比算出手段186は、アノード水蒸気分圧算出手段から送信されるアノードガスの水蒸気分圧Pwaと、圧力センサ102で計測されるアノードガスの全圧Pと、に基づいて、次式(3)により、アノードガスの全圧Pとアノードガス中のH2の分圧PH2との圧力比を算出するようになっている。
P/PH2=P/(P−Pwa) ・・・ 式(3)
また、圧力比算出手段186は、算出した圧力比P/PH2をアノードガス排出量算出手段187に送信するようになっている。
(Pressure ratio calculation means 186)
The pressure ratio calculating means 186 plays a role of calculating the pressure ratio P / P H2 between the total pressure P of the anode gas and the partial pressure P H2 of H 2 in the anode gas. Specifically, the pressure ratio calculation unit 186 is based on the water vapor partial pressure P wa of the anode gas transmitted from the anode water vapor partial pressure calculation unit and the total pressure P of the anode gas measured by the pressure sensor 102. The pressure ratio between the total pressure P of the anode gas and the partial pressure P H2 of H 2 in the anode gas is calculated by the following equation (3).
P / P H2 = P / (P−P wa ) (3)
The pressure ratio calculation means 186 transmits the calculated pressure ratio P / P H2 to the anode gas discharge amount calculation means 187.

(アノードガス排出量算出手段187)
アノードガス排出量算出手段187は、ドレイン弁4から排出すべきアノードガスの排出量を算出する役割を果たすものである。具体的には、アノードガス排出量算出手段187は、まず、圧力比算出手段186から送信される圧力比P/PH2と、後記する要求H2排出量記憶手段193に予め記憶された0℃、1気圧における要求H2排出量VH2と、に基づいて、0℃、1気圧における要求H2排出量に対応するアノードガス排出量Va0を次式(4)により算出するようになっている。
a0=VH2×P/PH2 ・・・ 式(4)
(Anode gas discharge calculation means 187)
The anode gas discharge amount calculation means 187 plays a role of calculating the discharge amount of the anode gas to be discharged from the drain valve 4. Specifically, the anode gas discharge amount calculation means 187 first has the pressure ratio P / P H2 transmitted from the pressure ratio calculation means 186 and 0 ° C. stored in advance in the required H 2 discharge amount storage means 193 described later. Based on the required H 2 emission amount V H2 at 1 atmosphere, the anode gas emission amount V a0 corresponding to the required H 2 emission amount at 0 ° C. and 1 atmosphere is calculated by the following equation (4). Yes.
V a0 = V H2 × P / P H2 Formula (4)

そして、アノードガス排出量算出手段187は、アノードガス圧力とアノードガス温度とに基づいて、0℃、1気圧における要求H2排出量に対応するアノードガス排出量Va0を、アノードガス排出時のアノードガス温度および圧力下における要求H2排出量に対応するアノードガス排出量Va(以下、単に「アノードガス排出量Va」という場合がある。)に換算するようになっている。 Then, the anode gas discharge amount calculation means 187 calculates the anode gas discharge amount V a0 corresponding to the required H 2 discharge amount at 0 ° C. and 1 atm based on the anode gas pressure and the anode gas temperature at the time of anode gas discharge. It is converted into an anode gas discharge amount V a corresponding to the required H 2 discharge amount under the anode gas temperature and pressure (hereinafter sometimes simply referred to as “anode gas discharge amount V a ”).

なお、ここでは、0℃、1気圧における要求H2排出量VH2を予め記憶しておくこととしたが、これに限られるものではなく、所定の温度、気圧の下における要求H2排出量VH2を予め記憶しておき、これによって求めたアノードガス排出量を排出時のアノードガスの温度と圧力で換算するようにしてもよい。 Here, the required H 2 emission amount V H2 at 0 ° C. and 1 atm is stored in advance, but the present invention is not limited to this, and the required H 2 emission amount at a predetermined temperature and atmospheric pressure is stored. V H2 may be stored in advance, and the anode gas discharge amount obtained thereby may be converted by the temperature and pressure of the anode gas at the time of discharge.

(第2ドレイン開弁時間算出手段188)
第2ドレイン開弁時間算出手段188は、アノードガス排出量算出手段187で算出したアノードガス排出量Vaに基づいて、アノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間T2(以下、単に「ドレイン開弁時間T2」という場合がある。)を算出する役割を果たすものである。具体的には、第2ドレイン開弁時間算出手段188は、アノードガス排出量算出手段187で算出したアノードガス排出量Vaに基づいて、後記する相関データ記憶手段192に予め記憶されたアノードガス排出量Vaとドレイン開弁時間T2との相関関係(図5(b)参照)に対応する相関データGを参照して、ドレイン開弁時間T2を算出するようになっている。また、第2ドレイン開弁時間算出手段188は、算出したドレイン開弁時間T2を、ドレイン弁開閉制御手段189に送信するようになっている。
(Second drain valve opening time calculating means 188)
The second drain valve opening time calculation means 188, on the basis of the anode gas emissions V a calculated in the anode gas emission calculating unit 187, the drain valve open time T 2 corresponding to the anode gas emissions (hereinafter, simply "drain The valve opening time T 2 may be referred to as “. Specifically, the second drain valve opening time calculation means 188, an anode gas discharge amount calculating means on the basis of the anode gas emissions V a calculated at 187, the anode is pre-stored in the correlation data storage unit 192 to be described later gas The drain valve opening time T 2 is calculated with reference to the correlation data G corresponding to the correlation between the discharge amount V a and the drain valve opening time T 2 (see FIG. 5B). Further, the second drain valve opening time calculation means 188 transmits the calculated drain valve opening time T 2 to the drain valve opening / closing control means 189.

(ドレイン弁開閉制御手段189)
ドレイン弁開閉制御手段189は、水排出量に対応するドレイン開弁時間T1とアノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間T2とに基づいて、ドレイン弁4を開閉制御する役割を果たすものである。具体的には、ドレイン弁開閉制御手段189は、第1ドレイン開弁時間算出手段185から送信される水排出量に対応するドレイン開弁時間T1と、第2ドレイン開弁時間算出手段188から送信されるアノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間T2とを合計し、合計時間に対応する制御信号を生成してドレイン弁4に送信するようになっている。
(Drain valve opening / closing control means 189)
The drain valve opening / closing control means 189 plays a role of controlling the opening / closing of the drain valve 4 based on the drain valve opening time T 1 corresponding to the water discharge amount and the drain valve opening time T 2 corresponding to the anode gas discharge amount. It is. Specifically, the drain valve opening / closing control means 189 includes the drain valve opening time T 1 corresponding to the water discharge amount transmitted from the first drain valve opening time calculating means 185 and the second drain valve opening time calculating means 188. The drain valve opening time T 2 corresponding to the transmitted anode gas discharge amount is summed, and a control signal corresponding to the total time is generated and transmitted to the drain valve 4.

(データ記憶手段109)
データ記憶手段109は、例えばメモリ装置などから構成され、図7に示すように、結露水量記憶手段191と、相関データ記憶手段192と、要求H2排出量記憶手段193と、を含んでいる。データ記憶手段109は、制御手段108と接続されており、データの読み出し、書き込みができるようになっている。結露水量記憶手段191については、第1実施形態における結露水量記憶手段91と共通することからその説明は省略することとし、ここでは、相関データ記憶手段192と要求H2排出量記憶手段193とについて説明する。
(Data storage means 109)
The data storage unit 109 is configured by, for example, a memory device, and includes a condensed water amount storage unit 191, a correlation data storage unit 192, and a required H 2 discharge amount storage unit 193 as shown in FIG. The data storage unit 109 is connected to the control unit 108 and can read and write data. Since the condensed water amount storage means 191 is the same as the condensed water amount storage means 91 in the first embodiment, the description thereof will be omitted. Here, the correlation data storage means 192 and the required H 2 emission amount storage means 193 are described. explain.

(相関データ記憶手段192)
相関データ記憶手段192は、アノードガス温度、アノードガス圧力およびカソードガス温度に基づいてドレイン開弁時間を算出するために必要な種々の相関関係をデータとして記憶する役割を果たすものである。相関データ記憶手段192には、(A)水蒸気分圧差と結露水量との相関関係と、(B)水排出量と水排出量に対応するドレイン開弁時間との相関関係と、(C)アノードガス排出量とアノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間との相関関係と、の3つの相関関係に対応するデータが記憶されている。(B)水排出量と水排出量に対応するドレイン開弁時間との相関関係については、第1実施形態と共通することから、ここでは前記(A)および(C)の相関関係について図9を参照して説明する。
(Correlation data storage means 192)
The correlation data storage means 192 serves to store various correlations necessary for calculating the drain valve opening time based on the anode gas temperature, the anode gas pressure, and the cathode gas temperature as data. The correlation data storage unit 192 includes (A) a correlation between the water vapor partial pressure difference and the amount of condensed water, (B) a correlation between the water discharge amount and the drain valve opening time corresponding to the water discharge amount, and (C) the anode. Data corresponding to the three correlations between the gas discharge amount and the drain valve opening time corresponding to the anode gas discharge amount are stored. (B) Since the correlation between the water discharge amount and the drain valve opening time corresponding to the water discharge amount is the same as that in the first embodiment, here the correlation between (A) and (C) is shown in FIG. Will be described with reference to FIG.

(A)水蒸気分圧差と結露水量との相関関係
図9(a)は、水蒸気分圧差と結露水量との相関関係を模式的に示した図である。水蒸気分圧差と結露水量とは、水蒸気分圧差△Pwが大きいほどアノード極22に逆透過してくる生成水の量が多くなるという、いわゆる比例関係にある。当該関係は、例えば実験によって求めることができる。
(A) Correlation between water vapor partial pressure difference and amount of condensed water FIG. 9A is a diagram schematically showing the correlation between the water vapor partial pressure difference and the amount of condensed water. The water vapor partial pressure difference between condensation water, that the amount of generated water coming reversely transmitted to the anode electrode 22 as water vapor partial pressure difference △ P w is large increases, there is the so-called proportional. This relationship can be obtained by experiment, for example.

(C)アノードガス排出量とドレイン開弁時間T2との相関関係
図9(b)は、アノードガス排出量とアノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間との相関関係を模式的に示した図である。アノードガス排出量とドレイン開弁時間T2とは、いわゆる比例関係にある。当該関係は、例えば実験によって求めることができるほか、排出口となる配管3bやドレイン弁4の開口径に基づいて設定することができる。
(C) Correlation between the anode gas discharge amount and the drain valve opening time T 2 FIG. 9B schematically shows the correlation between the anode gas discharge amount and the drain valve opening time corresponding to the anode gas discharge amount. It is a figure. The anode gas discharge amount and the drain valve opening time T 2 are in a so-called proportional relationship. The relationship can be obtained by, for example, experiments, or can be set based on the opening diameter of the piping 3b serving as the discharge port or the drain valve 4.

(要求H2排出量記憶手段193)
要求H2排出量記憶手段193は、排出するアノードガスに含まれるべきH2の量を示す要求H2排出量を記憶する役割を果たすものである。当該要求H2排出量は、例えば、0℃、1気圧におけるH2の体積(NL、ノルマルリットル)で規定される。
(Requested H 2 emission storage means 193)
The required H 2 discharge amount storage means 193 plays a role of storing a required H 2 discharge amount indicating the amount of H 2 to be included in the anode gas to be discharged. The required H 2 emission amount is defined by, for example, the volume of H 2 (NL, normal liter) at 0 ° C. and 1 atm.

(燃料電池システム100の動作)
つづいて、第2実施形態に係る燃料電池システム100の動作について図8を参照(適宜図6乃至図9を参照)して説明する。図8は、燃料電池システムの動作の流れを示したフロー図である。
(Operation of the fuel cell system 100)
Next, the operation of the fuel cell system 100 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. 8 (refer to FIGS. 6 to 9 as appropriate). FIG. 8 is a flowchart showing an operation flow of the fuel cell system.

(ステップS101)
前回の水およびアノードガスの排出が完了すると、アノード水蒸気分圧算出手段181Aは、第1温度センサ101からアノードガス温度を取得し、アノードガスの水蒸気分圧Pwaを算出する。また、カソード水蒸気分圧算出手段181Bは、第2温度センサ103からカソードガス温度を取得し、カソードガスの水蒸気分圧Pwcを算出する。アノード水蒸気分圧算出手段181Aおよびカソード水蒸気分圧算出手段181Bは、算出した水蒸気分圧Pwa、Pwcを水蒸気分圧差算出手段182に送信する。
(Step S101)
When the previous discharge of water and anode gas is completed, the anode water vapor partial pressure calculating means 181A acquires the anode gas temperature from the first temperature sensor 101 and calculates the water vapor partial pressure P wa of the anode gas. Further, the cathode water vapor partial pressure calculating means 181B acquires the cathode gas temperature from the second temperature sensor 103, and calculates the water vapor partial pressure P wc of the cathode gas. The anode water vapor partial pressure calculating unit 181A and the cathode water vapor partial pressure calculating unit 181B transmit the calculated water vapor partial pressures P wa and P wc to the water vapor partial pressure difference calculating unit 182.

(ステップS102)
水蒸気分圧差算出手段182は、アノードガスの水蒸気分圧Pwaと、カソードガスの水蒸気分圧Pwcとを受信すると、前記式(2)を用いて水蒸気分圧差△Pwを算出する。水蒸気分圧差算出手段182は、算出した水蒸気分圧差△Pwを結露水量算出手段183に送信する。
(Step S102)
When the water vapor partial pressure difference calculating means 182 receives the water vapor partial pressure P wa of the anode gas and the water vapor partial pressure P wc of the cathode gas, the water vapor partial pressure difference calculating means 182 calculates the water vapor partial pressure difference ΔP w using the equation (2). The water vapor partial pressure difference calculating unit 182 transmits the calculated water vapor partial pressure difference ΔP w to the condensed water amount calculating unit 183.

(ステップS103)
結露水量算出手段183は、水蒸気分圧差△Pwを受信すると、相関データ記憶手段192に記憶されている水蒸気分圧差と結露水量との相関関係(図9(a)参照)を参照して、アノード極22における単位時間辺りの結露水量xnを算出する。そして、結露水量算出手段183は、算出した単位時間辺りの結露水量xnを、アノードガス温度およびカソードガス温度の計測時間tnと関連付けながら結露水量記憶手段191に記憶する。なお、結露水量記憶手段191は、例えば前回の水とアノードガスの排出が完了した時点でリセットされている。
(Step S103)
Condensation water calculating means 183 receives the water vapor partial pressure difference △ P w, with reference to the correlation between the water vapor partial pressure difference between condensation water stored in the correlation data storage unit 192 (see FIG. 9 (a)), The amount of condensed water x n per unit time at the anode electrode 22 is calculated. The condensed water amount calculating unit 183 stores the calculated condensed water amount per unit time x n in the condensed water amount storage unit 191 in association with the measurement time t n of the anode gas temperature and the cathode gas temperature. The condensed water amount storage means 191 is reset when, for example, the previous discharge of water and anode gas is completed.

(ステップS104)
水排出量算出手段184は、前回の排出から所定時間が経過したか否かを判定する。前回の排出から所定時間が経過していない場合(ステップS104、No)には、ステップS101に戻って再び単位時間当りの結露水量xnを算出する。
(Step S104)
The water discharge amount calculation means 184 determines whether or not a predetermined time has elapsed since the previous discharge. If the predetermined time has not elapsed since the previous discharge (No at Step S104), the process returns to Step S101, and the amount of condensed water xn per unit time is calculated again.

(ステップS105)
前回の排出から所定時間が経過している場合(ステップS104、Yes)には、水排出量算出手段184は、結露水量記憶手段191に記憶されている単位時間当りの結露水量xnを合計して水排出量Σxを算出する。水排出量算出手段184は、算出した水排出
量Σxを第1ドレイン開弁時間算出手段185に送信する。
(Step S105)
When the predetermined time has elapsed since the previous discharge (step S104, Yes), the water discharge amount calculation means 184 sums the condensed water amount xn stored in the condensed water amount storage means 191. To calculate the water discharge amount Σx. The water discharge amount calculation unit 184 transmits the calculated water discharge amount Σx to the first drain valve opening time calculation unit 185.

(ステップS106)
第1ドレイン開弁時間算出手段185は、水排出量算出手段184から水排出量Σxに
ついてのデータを受信すると、相関データ記憶手段192に予め記憶された水排出量と水排出量に対応するドレイン開弁時間との相関関係(図4(c)参照)に対応する相関データEを参照して、水排出量に対応するドレイン開弁時間T1を算出する。第1ドレイン開弁時間算出手段185は、算出したドレイン開弁時間T1をドレイン弁開閉制御手段189に送信する。
(Step S106)
When the first drain valve opening time calculation means 185 receives data on the water discharge amount Σx from the water discharge amount calculation means 184, the drain corresponding to the water discharge amount and the water discharge amount stored in advance in the correlation data storage means 192. The drain valve opening time T 1 corresponding to the water discharge amount is calculated with reference to the correlation data E corresponding to the correlation with the valve opening time (see FIG. 4C). The first drain valve opening time calculation means 185 transmits the calculated drain valve opening time T 1 to the drain valve opening / closing control means 189.

(ステップS107)
つぎに、圧力比算出手段186は、アノードガスの水蒸気分圧Pwaをアノード水蒸気分圧算出手段から取得するとともに、アノードガスの全圧Pを圧力センサ102から取得し、前記式(3)によって、アノードガスの全圧Pとアノードガス中のH2の分圧PH2との圧力比P/PH2を算出する。圧力比算出手段186は、算出した圧力比P/PH2をアノードガス排出量算出手段187に送信する。
(Step S107)
Next, the pressure ratio calculation means 186 acquires the partial pressure of water vapor P wa of the anode gas from the anode water vapor partial pressure calculation means, a total pressure P of the anode gas acquired from the pressure sensor 102, by the formula (3) The pressure ratio P / P H2 between the total pressure P of the anode gas and the partial pressure P H2 of H 2 in the anode gas is calculated. The pressure ratio calculation unit 186 transmits the calculated pressure ratio P / P H2 to the anode gas discharge amount calculation unit 187.

(ステップS108)
アノードガス排出量算出手段187は、圧力比P/PH2を受信すると、まず、要求H2排出量記憶手段193から0℃、1気圧における要求H2排出量(NL)を取得し、前記式(4)によって、0℃、1気圧における要求H2排出量に対応するアノードガス排出量Va0を算出する。
(Step S108)
When receiving the pressure ratio P / P H2 , the anode gas discharge amount calculation means 187 first obtains the required H 2 discharge amount (NL) at 0 ° C. and 1 atm from the required H 2 discharge amount storage means 193, By (4), the anode gas discharge amount V a0 corresponding to the required H 2 discharge amount at 0 ° C. and 1 atm is calculated.

そして、アノードガス排出量算出手段187は、第1温度センサ101で計測したアノードガス温度と、圧力センサ102で計測したアノードガス圧力を参照して、0℃、1気圧における要求H2排出量に対応するアノードガス排出量Va0を、排出時のアノードガス温度および圧力下における要求H2排出量に対応するアノードガス排出量Vaに換算する。アノードガス排出量算出手段187は、換算したアノードガス排出量Vaを第2ドレイン開弁時間算出手段188に送信する。 Then, the anode gas discharge amount calculation means 187 refers to the anode gas temperature measured by the first temperature sensor 101 and the anode gas pressure measured by the pressure sensor 102 to obtain the required H 2 discharge amount at 0 ° C. and 1 atm. The corresponding anode gas discharge amount V a0 is converted into an anode gas discharge amount V a corresponding to the required H 2 discharge amount under the anode gas temperature and pressure at the time of discharge. Anode gas emission calculating unit 187 transmits the anode gas emissions V a in terms of the second drain valve opening time calculation means 188.

(ステップS109)
第2ドレイン開弁時間算出手段188は、アノードガス排出量Vaを受信すると、相関データ記憶手段192に記憶されたアノードガス排出量Vaとドレイン開弁時間T2との相関関係(相関データG)を参照して、ドレイン開弁時間T2を算出する。第2ドレイン開弁時間算出手段188は、算出したドレイン開弁時間T2をドレイン弁開閉制御手段189に送信する。
(Step S109)
The second drain valve opening time calculation means 188, an anode receives the gas emissions V a, the correlation (correlation data between the correlation data storage unit anode gas emissions stored in 192 V a drain valve open time T 2 With reference to G), the drain valve opening time T 2 is calculated. The second drain valve opening time calculating means 188 transmits the calculated drain valve opening time T 2 to the drain valve opening / closing control means 189.

(ステップS110)
ドレイン弁開閉制御手段189は、ドレイン開弁時間T1およびドレイン開弁時間T2を受信すると、これらの合計時間に対応する制御信号を生成してドレイン弁4に送信する。これにより、ドレイン弁4は、水排出量に対応するドレイン開弁時間T1とアノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間T2との合計時間だけ開放されることとなり、気液分離器3に溜まった水と要求H2排出量に相当するH2を含むアノードガスとが排出される。
(Step S110)
When the drain valve opening / closing control means 189 receives the drain valve opening time T 1 and the drain valve opening time T 2 , the drain valve opening / closing control means 189 generates a control signal corresponding to these total times and transmits it to the drain valve 4. As a result, the drain valve 4 is opened for a total time of the drain valve opening time T 1 corresponding to the water discharge amount and the drain valve opening time T 2 corresponding to the anode gas discharge amount, and the gas-liquid separator 3 And the anode gas containing H 2 corresponding to the required H 2 emission amount are discharged.

以上、第2実施形態に係る燃料電池システム100の構成と動作について説明したが、本発明は当該第2実施形態に限定されるものではない。   The configuration and operation of the fuel cell system 100 according to the second embodiment have been described above, but the present invention is not limited to the second embodiment.

例えば、第2実施形態に係る燃料電池システム100は、気液分離器3で分離した水と、配管内のアノードガスとをドレイン弁4から排出することとしたが、アノードガスの排出については他の公知の制御方法で行うようにしてもよい。また、アノードガスについては、図示しないアノードガス用のパージ弁から排出することとし、ドレイン弁4からは気液分離器3で分離した水のみを排出してもよい。かかる場合には、圧力センサ102と、圧力比算出手段186と、アノードガス排出量算出手段187と、第2ドレイン開弁時間算出手段188とを省略することができる。また、要求H2排出量記憶手段193およびアノードガス排出量とドレイン開弁時間との相関関係(相関データG)についても省略することができる。 For example, the fuel cell system 100 according to the second embodiment discharges the water separated by the gas-liquid separator 3 and the anode gas in the pipe from the drain valve 4. You may make it carry out by the well-known control method. The anode gas may be discharged from an anode gas purge valve (not shown), and only the water separated by the gas-liquid separator 3 may be discharged from the drain valve 4. In such a case, the pressure sensor 102, the pressure ratio calculating means 186, the anode gas discharge amount calculating means 187, and the second drain valve opening time calculating means 188 can be omitted. Further, the required H 2 discharge amount storage means 193 and the correlation (correlation data G) between the anode gas discharge amount and the drain valve opening time can be omitted.

また、第2実施形態においては、カソードガス温度に基づいてカソード水蒸気分圧を算出することとしたが、第2温度センサ103の他に、カソードガスの湿度を計測する湿度センサを設け、当該湿度センサで計測したカソードガス湿度に基づいて、カソード水蒸気分圧を算出することとしてもよい。   In the second embodiment, the cathode water vapor partial pressure is calculated based on the cathode gas temperature. In addition to the second temperature sensor 103, a humidity sensor that measures the humidity of the cathode gas is provided, and the humidity The cathode water vapor partial pressure may be calculated based on the cathode gas humidity measured by the sensor.

また、第2実施形態においては、アノードガス温度に基づいてアノード水蒸気分圧を算出することとしたが、第1温度センサ101の他に、アノードガス湿度を計測する湿度センサを設け、当該湿度センサで計測したアノードガス湿度に基づいてアノード水蒸気分圧を計測するようにしてもよい。   In the second embodiment, the anode water vapor partial pressure is calculated based on the anode gas temperature. In addition to the first temperature sensor 101, a humidity sensor for measuring the anode gas humidity is provided, and the humidity sensor The anode water vapor partial pressure may be measured based on the anode gas humidity measured in step (1).

また、第1実施形態および第2実施形態に係る燃料電池システムの動作、あるいは前記制御手段の各構成に着目することにより、本発明を、燃料電池システムの制御方法、さらには、燃料電池システムを制御するためにコンピュータを前記各手段として機能させるための制御プログラム、としてとらえることもできる。   Further, by paying attention to the operation of the fuel cell system according to the first embodiment and the second embodiment, or each configuration of the control means, the present invention provides a control method of the fuel cell system, and further a fuel cell system. It can also be regarded as a control program for causing a computer to function as each of the means for controlling.

本発明の第1実施形態に係る燃料電池システムを示した概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram illustrating a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に用いるECUの構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of ECU used for 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る燃料電池システムの動作の流れを示したフロー図である。It is the flowchart which showed the flow of operation | movement of the fuel cell system which concerns on 1st Embodiment of this invention. (a)は発電電流値とアノードガス温度と結露水量との相関関係を模式的に示した図であり、(b)は単位時間あたりの結露水量とアノードガス温度の計測時間との関連を説明するための図であり、(c)は水排出量と水排出量に対応するドレイン開弁時間との相関関係を模式的に示した図である。(A) is the figure which showed typically the correlation with an electric power generation current value, anode gas temperature, and the amount of dew condensation water, (b) explains the relationship between the amount of dew condensation water per unit time and the measurement time of anode gas temperature. (C) is a diagram schematically showing the correlation between the water discharge amount and the drain valve opening time corresponding to the water discharge amount. (a)は発電電流値と要求H2排出量との相関関係を模式的に示した図であり、(b)は要求H2排出量とアノードガス温度とアノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間との相関関係を模式的に示した図である。(A) is a diagram schematically showing the correlation between the generated current value and the required H 2 emission amount, and (b) is a diagram illustrating the drain opening corresponding to the required H 2 emission amount, the anode gas temperature, and the anode gas emission amount. It is the figure which showed the correlation with valve time typically. 本発明の第2実施形態に係る燃料電池システムを示した概略構成図である。It is the schematic block diagram which showed the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に用いるECUの構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of ECU used for 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る燃料電池システムの動作の流れを示したフロー図である。It is the flowchart which showed the flow of operation | movement of the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment of this invention. (a)は水蒸気分圧差と結露水量との相関関係を模式的に示した図であり、(b)はアノードガス排出量とアノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間との相関関係を模式的に示した図である。(A) is the figure which showed typically the correlation of water vapor | steam partial pressure difference and the amount of dew condensation water, (b) is a model showing the correlation with the drain valve opening time corresponding to anode gas discharge | emission amount and anode gas discharge | emission amount. FIG. アノード極およびカソード極における温度T(℃)と飽和水蒸気圧E(hPa)との相関関係を示すグラフである。It is a graph which shows correlation with temperature T (degreeC) and saturated water vapor pressure E (hPa) in an anode pole and a cathode pole.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池システム
2 燃料電池
3 気液分離器
4 ドレイン弁
5 温度センサ
6 電流センサ
6a 外部回路
7 ECU
8 制御手段
9 データ記憶手段
11 水素タンク
12 エジェクタ
13 コンプレッサ
14 駆動装置
21 電解質膜
22 アノード極
23 カソード極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 2 Fuel cell 3 Gas-liquid separator 4 Drain valve 5 Temperature sensor 6 Current sensor 6a External circuit 7 ECU
8 Control means 9 Data storage means 11 Hydrogen tank 12 Ejector 13 Compressor 14 Drive unit 21 Electrolyte membrane 22 Anode electrode 23 Cathode electrode

Claims (10)

電解質を挟んでアノード極とカソード極とを有する燃料電池と、
前記アノード極から排出されるアノードガスの流路上に設置され、当該アノードガス内に含まれる水を分離する気液分離器と、
前記気液分離器で回収された水を排出する排出口を開閉するドレイン弁と、
アノードガス温度を計測する温度センサと、
前記燃料電池における発電電流値を計測する電流センサと、
前記ドレイン弁の開閉を制御する制御手段と、を備える燃料電池システムであって、
前記制御手段は、
前記アノードガス温度と、前記発電電流値とに基づいて、前記気液分離器で回収される水の量から定まる水排出量に対応するドレイン開弁時間を算出し、当該ドレイン開弁時間に基づいて前記ドレイン弁を開閉することを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell having an anode and a cathode sandwiching an electrolyte;
A gas-liquid separator that is installed on the flow path of the anode gas discharged from the anode electrode and separates water contained in the anode gas;
A drain valve for opening and closing a discharge port for discharging water collected by the gas-liquid separator;
A temperature sensor for measuring the anode gas temperature;
A current sensor for measuring a generated current value in the fuel cell;
Control means for controlling the opening and closing of the drain valve, and a fuel cell system comprising:
The control means includes
Based on the anode gas temperature and the generated current value, a drain valve opening time corresponding to a water discharge amount determined from an amount of water recovered by the gas-liquid separator is calculated, and based on the drain valve opening time. And opening and closing the drain valve.
前記制御手段は、
発電電流値とアノードガス温度と結露水量との予め記憶された相関関係と、前記アノードガス温度と、前記発電電流値と、に基づいて単位時間当りの結露水量を算出する結露水量算出手段と、
前記単位時間当りの結露水量に基づいて前記気液分離器で回収される水の量から定まる水排出量を算出する水排出量算出手段と、
水排出量と前記水排出量に対応するドレイン開弁時間との予め記憶された相関関係と、前記水排出量とに基づいて、前記水排出量に対応するドレイン開弁時間を算出する第1ドレイン開弁時間算出手段と、
前記水排出量に対応するドレイン開弁時間に基づいて前記ドレイン弁の開閉を制御するドレイン弁開閉制御手段と、を含むことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。
The control means includes
A condensed water amount calculating means for calculating a condensed water amount per unit time based on a correlation stored in advance between the generated current value, the anode gas temperature, and the amount of condensed water, the anode gas temperature, and the generated current value;
Water discharge amount calculating means for calculating a water discharge amount determined from the amount of water collected by the gas-liquid separator based on the amount of condensed water per unit time;
A first valve opening time corresponding to the water discharge amount is calculated based on a previously stored correlation between the water discharge amount and the drain valve opening time corresponding to the water discharge amount and the water discharge amount. Drain valve opening time calculating means;
The fuel cell system according to claim 1, further comprising: a drain valve opening / closing control unit that controls opening / closing of the drain valve based on a drain valve opening time corresponding to the water discharge amount.
前記制御手段は、さらに、
前記アノードガス温度と、要求H2排出量とに基づいて、アノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間を算出し、前記水排出量に対応するドレイン開弁時間と前記アノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間とに基づいて前記ドレイン弁を開閉することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃料電池システム。
The control means further includes
The drain valve opening time corresponding to the anode gas discharge amount is calculated based on the anode gas temperature and the required H 2 discharge amount, and the drain valve opening time corresponding to the water discharge amount and the anode gas discharge amount are corresponded. The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the drain valve is opened and closed based on a drain valve opening time.
前記制御手段は、
アノードガス温度と要求H2排出量とアノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間との予め記憶された相関関係と、前記アノードガス温度と、要求H2排出量と、に基づいてアノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間を算出する第2ドレイン開弁時間算出手段をさらに含み、
前記ドレイン弁開閉制御手段は、
前記アノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間と前記水排出量に対応するドレイン開弁時間とに基づいて前記ドレイン弁の開閉を制御することを特徴とする請求項3に記載の燃料電池システム。
The control means includes
Anode gas discharge based on the correlation stored in advance with the anode gas temperature, the required H 2 discharge amount, and the drain valve opening time corresponding to the anode gas discharge amount, the anode gas temperature, and the required H 2 discharge amount A second drain valve opening time calculating means for calculating a drain valve opening time corresponding to the amount;
The drain valve opening / closing control means includes
4. The fuel cell system according to claim 3, wherein opening and closing of the drain valve is controlled based on a drain valve opening time corresponding to the anode gas discharge amount and a drain valve opening time corresponding to the water discharge amount. .
電解質を挟んでアノード極とカソード極とを有する燃料電池と、
前記アノード極から排出されるアノードガスの流路上に設置され、当該アノードガス内に含まれる水を分離する気液分離器と、
前記気液分離器で回収された水を排出する排出口を開閉するドレイン弁と、
アノードガス温度を計測する第1温度センサと、
カソードガス温度を計測する第2温度センサと、
前記ドレイン弁の開閉を制御する制御手段と、を備える燃料電池システムであって、
前記制御手段は、
前記アノードガス温度と、前記カソードガス温度とに基づいて、前記気液分離器で回収される水の量から定まる水排出量に対応するドレイン開弁時間を算出し、当該水排出量に対応するドレイン開弁時間に基づいて前記ドレイン弁を開閉することを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell having an anode and a cathode with an electrolyte interposed therebetween;
A gas-liquid separator installed on the flow path of the anode gas discharged from the anode electrode and separating water contained in the anode gas;
A drain valve for opening and closing a discharge port for discharging water collected by the gas-liquid separator;
A first temperature sensor for measuring the anode gas temperature;
A second temperature sensor for measuring the cathode gas temperature;
Control means for controlling the opening and closing of the drain valve, and a fuel cell system comprising:
The control means includes
Based on the anode gas temperature and the cathode gas temperature, a drain valve opening time corresponding to the water discharge amount determined from the amount of water recovered by the gas-liquid separator is calculated, and the water discharge amount is corresponded. A fuel cell system, wherein the drain valve is opened and closed based on a drain valve opening time.
前記制御手段は、
前記アノードガス温度と、前記カソードガス温度とに基づいて、カソードガスとアノードガスの水蒸気分圧差を算出する水蒸気分圧差算出手段と、
水蒸気分圧差とアノード極における単位時間当たりの結露水量との予め記憶された相関関係と、前記水蒸気分圧差とに基づいて、アノード極における単位時間当たりの結露水量を算出する結露水量算出手段と、
前記単位時間当たりの結露水量に基づいて前記気液分離器で回収される水の量から定まる水排出量を算出する水排出量算出手段と、
水排出量とドレイン開弁時間との予め記憶された相関関係と、前記水排出量とに基づいて、前記水排出量に対応するドレイン開弁時間を算出する第1ドレイン開弁時間算出手段と、
前記水排出量に対応するドレイン開弁時間に基づいて前記ドレイン弁の開閉を制御するドレイン弁開閉制御手段と、を含むことを特徴とする請求項5に記載の燃料電池システム。
The control means includes
A water vapor partial pressure difference calculating means for calculating a water vapor partial pressure difference between the cathode gas and the anode gas based on the anode gas temperature and the cathode gas temperature;
Based on the correlation stored in advance between the water vapor partial pressure difference and the amount of condensed water per unit time at the anode electrode, and the water vapor partial pressure difference, the condensed water amount calculating means for calculating the amount of condensed water per unit time at the anode electrode;
Water discharge amount calculating means for calculating a water discharge amount determined from the amount of water recovered by the gas-liquid separator based on the amount of condensed water per unit time;
First drain valve opening time calculating means for calculating a drain valve opening time corresponding to the water discharge amount based on the correlation stored in advance between the water discharge amount and the drain valve opening time and the water discharge amount; ,
6. The fuel cell system according to claim 5, further comprising drain valve opening / closing control means for controlling opening / closing of the drain valve based on a drain valve opening time corresponding to the water discharge amount.
前記燃料電池システムは、
アノードガス圧力を計測する圧力センサをさらに含み、
前記制御手段は、
前記アノードガス温度と、前記アノードガス圧力と、要求H2排出量とに基づいて、アノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間を算出し、前記水排出量に対応するドレイン開弁時間と前記アノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間とに基づいて前記ドレイン弁を開閉することを特徴とする請求項6に記載の燃料電池システム。
The fuel cell system includes:
A pressure sensor for measuring the anode gas pressure;
The control means includes
Based on the anode gas temperature, the anode gas pressure, and the required H 2 discharge amount, a drain valve opening time corresponding to the anode gas discharge amount is calculated, and the drain valve opening time corresponding to the water discharge amount and the The fuel cell system according to claim 6, wherein the drain valve is opened and closed based on a drain valve opening time corresponding to the anode gas discharge amount.
前記制御手段は、
前記アノードガス温度と、前記アノードガス圧力と、要求H2排出量とに基づいてアノードガス排出量を設定するアノードガス排出量設定手段と、
アノードガス排出量とドレイン開弁時間との予め記憶された相関関係と、前記アノードガス排出量とに基づいて、前記アノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間を算出する第2ドレイン開弁時間算出手段と、をさらに含み、
前記ドレイン弁開閉制御手段は、
前記アノードガス排出量に対応するドレイン開弁時間と前記水排出量に対応するドレイン開弁時間とに基づいて前記ドレイン弁の開閉を制御することを特徴とする請求項7に記載の燃料電池システム。
The control means includes
An anode gas discharge amount setting means for setting an anode gas discharge amount based on the anode gas temperature, the anode gas pressure, and the required H 2 discharge amount;
A second drain valve opening time for calculating a drain valve opening time corresponding to the anode gas discharge amount based on the correlation stored in advance between the anode gas discharge amount and the drain valve opening time and the anode gas discharge amount. And a calculating means,
The drain valve opening / closing control means includes
8. The fuel cell system according to claim 7, wherein opening and closing of the drain valve is controlled based on a drain valve opening time corresponding to the anode gas discharge amount and a drain valve opening time corresponding to the water discharge amount. .
前記アノードガス排出量設定手段は、
前記アノードガス温度に基づいてアノードガス中の水蒸気分圧を算出するアノード水蒸気分圧算出手段と、
前記アノードガス圧力と、前記水蒸気分圧とに基づいてアノードガスの全圧と水素の分圧との圧力比を算出する圧力比算出手段と、
前記圧力比算出手段で算出したアノードガスの全圧と水素の分圧との圧力比と、所定温度・所定圧力下における前記要求H2排出量と、前記アノードガス圧力と、前記アノードガス温度とに基づいて、アノードガス排出時におけるアノードガスの圧力と温度に対応したアノードガス排出量を算出するアノードガス排出量算出手段と、を含むことを特徴とする請求項8に記載の燃料電池システム。
The anode gas discharge amount setting means includes:
An anode water vapor partial pressure calculating means for calculating a water vapor partial pressure in the anode gas based on the anode gas temperature;
Pressure ratio calculating means for calculating a pressure ratio between the total pressure of the anode gas and the partial pressure of hydrogen based on the anode gas pressure and the water vapor partial pressure;
A pressure ratio between the total pressure of the anode gas calculated by the pressure ratio calculating means and a partial pressure of hydrogen, the required H 2 emission amount under a predetermined temperature and a predetermined pressure, the anode gas pressure, and the anode gas temperature 9. A fuel cell system according to claim 8, further comprising: an anode gas discharge amount calculating means for calculating an anode gas discharge amount corresponding to the pressure and temperature of the anode gas when discharging the anode gas based on the above.
アノードガス湿度を計測する第1湿度センサおよび/またはカソードガス湿度を計測する第2湿度センサをさらに備え、
前記水蒸気分圧差算出手段は、前記アノードガス温度と、前記カソードガス温度と、前記アノードガス湿度および/または前記カソードガス湿度とに基づいて、カソードガスとアノードガスの水蒸気分圧の圧力差を算出することを特徴とする請求項6から請求項9のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
A first humidity sensor for measuring anode gas humidity and / or a second humidity sensor for measuring cathode gas humidity;
The water vapor partial pressure difference calculating means calculates a pressure difference between the water vapor partial pressures of the cathode gas and the anode gas based on the anode gas temperature, the cathode gas temperature, the anode gas humidity and / or the cathode gas humidity. The fuel cell system according to any one of claims 6 to 9, wherein
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