JP2006155917A - Fuel cell system and operating method for fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of preventing the deterioration of a fuel cell body by preventing aeration caused by the dispersion of hydrogen and oxygen even if the fuel cell system is left at it is after emergency shut down. <P>SOLUTION: This fuel cell system comprises a fuel cell 1 generating an electromotive force by the reaction of hydrogen and oxygen, an exhaust pipe 12 discharging anode off-gas discharged from the fuel cell 1 to air, a normally-closed first relief valve 10 provided in the exhaust pipe 12 and closed in a nonconductive state, a normally-open second relief valve 11 provided in a branch exhaust pipe 15 branched from the exhaust pipe 12 in parallel with the first relief valve 10 and opened in the nonconductive state and a liquid pool 14 pooling liquid 30 to block a flow passage of the exhaust pipe 12 or the branch exhaust pipe 15 when power generation is stopped in the fuel cell 1 and power supply is cut off provided in the upstream or the lower stream or both of them of the second relief valve 12. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法に関し、詳細には、燃料電池システムの緊急停止時などにおいて燃料電池の劣化を抑制させる技術に関する。   The present invention relates to a fuel cell system and a method for operating the fuel cell system, and more particularly to a technique for suppressing deterioration of the fuel cell during an emergency stop of the fuel cell system.

近年、自動車搭載用の動力源として、燃料ガス(水素ガス)と酸化剤ガス(空気)を用いて発電する燃料電池の実用化が進められている。燃料電池は、発電に伴い有害な排気ガスが生じないことから、地球環境保護の観点から注目されている。   In recent years, fuel cells that generate power using fuel gas (hydrogen gas) and oxidant gas (air) have been put into practical use as power sources for mounting on automobiles. Fuel cells are attracting attention from the viewpoint of protecting the global environment because no harmful exhaust gas is generated with power generation.

かかる燃料電池は、発電の基本単位となる燃料電池単セルを複数個積層することにより燃料電池スタックを構成し、その燃料電池スタックに燃料ガスと酸化剤ガスを導入することで所定の起電力を生じる。燃料電池単セルは、例えば、固体高分子電解質膜の両面にアノード極(水素極)及びカソード極(酸素極)を接合して一体化した膜電極接合体(MEA:membrane electrode assembly)を有し、アノード極に燃料ガスである水素ガスを、カソード極に酸化剤ガスである酸素を供給することで発電する。   Such a fuel cell forms a fuel cell stack by stacking a plurality of fuel cell single cells, which are the basic unit of power generation, and generates a predetermined electromotive force by introducing fuel gas and oxidant gas into the fuel cell stack. Arise. A fuel cell single cell has, for example, a membrane electrode assembly (MEA) in which an anode electrode (hydrogen electrode) and a cathode electrode (oxygen electrode) are joined to both surfaces of a solid polymer electrolyte membrane. Electricity is generated by supplying hydrogen gas as a fuel gas to the anode electrode and oxygen as an oxidant gas to the cathode electrode.

このような燃料電池システムでは、例えば緊急停止時などパワープラントシステムの制御が不能になった場合、アノード極とカソード極の極間差圧が過大にならないようにシステムを停止する様、アノードラインにノーマルオープンのアノードパージ弁を設定している(例えば、特許文献1など参照)。
特開昭62−108466号公報(第2頁及び第3頁、第4図)
In such a fuel cell system, when control of the power plant system becomes impossible, for example, during an emergency stop, the anode line is connected to stop the system so that the differential pressure between the anode and cathode does not become excessive. A normally open anode purge valve is set (see, for example, Patent Document 1).
JP-A-62-108466 (2nd and 3rd pages, Fig. 4)

しかし、特許文献1に記載される技術では、アノードラインに設定されているパージ弁をノーマルオープンに設定しているため、パワープラントシステム停止後はアノードラインに空気が拡散して入り込み、燃料電池スタック本体の寿命の加速原因となる問題点が生じる。   However, in the technique described in Patent Document 1, since the purge valve set in the anode line is set to normally open, after the power plant system is stopped, air diffuses into the anode line and enters the fuel cell stack. Problems that cause the life of the main body to accelerate occur.

また、これを防止するために、ノーマルオープンではなくノーマルクローズのパージ弁を設定した場合は、緊急停止時等のパワープラントシステム制御が不能となりシステムを停止する様な状況では、アノードとカソードの差圧を守りながら、アノードの水素を抜くことが出来なくなり、緊急停止時に燃料電池本体の破損を招く可能性があった。   In order to prevent this, if a normally closed purge valve is set instead of a normally open, the power plant system control during an emergency stop etc. becomes impossible and the system is stopped. While maintaining the pressure, it was impossible to remove hydrogen from the anode, and the fuel cell body could be damaged during an emergency stop.

そこで、本発明は、例えば、燃料電池システムの緊急停止時後の放置中であっても水素と酸素の拡散による空気の混入を防止して燃料電池本体の劣化を防止することができる燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides, for example, a fuel cell system capable of preventing deterioration of the fuel cell main body by preventing air from being mixed due to diffusion of hydrogen and oxygen even when the fuel cell system is left after an emergency stop. And it aims at providing the operating method of a fuel cell system.

本発明に係る燃料電池システムは、水素と酸素を反応させて起電力を発生する燃料電池と、燃料電池から排出されるアノードオフガスを大気へ放出する排気管と、排気管に設けられ、非通電状態で閉じるノーマルクローズの第1のリリーフ弁と、排気管から分岐された分岐排気管に前記第1のリリーフ弁と並列に設けられ、非通電状態で開くノーマルオープンの第2のリリーフ弁と、第2のリリーフ弁の上流又は下流若しくは両方に、前記システムの通常停止時及び、システム異常診断による緊急停止時に液体を溜めて前記排気管又は分岐排気管の流路を閉塞する液溜め部とを備える。   A fuel cell system according to the present invention is provided in a fuel cell that generates an electromotive force by reacting hydrogen and oxygen, an exhaust pipe that discharges anode off-gas discharged from the fuel cell to the atmosphere, and an exhaust pipe that is not energized A normally closed first relief valve that is closed in a state; a normally opened second relief valve that is provided in parallel with the first relief valve in a branch exhaust pipe branched from the exhaust pipe and is opened in a non-energized state; A liquid reservoir for accumulating liquid and closing the flow path of the exhaust pipe or the branch exhaust pipe at the time of normal stop of the system and at the time of emergency stop by system abnormality diagnosis upstream or downstream of the second relief valve or both. Prepare.

本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池システム停止後の放置中は、ノーマルオープンの第2のリリーフ弁の上流又は下流若しくは両方に設けた液溜め部に液体が溜まり、この液体によって排気管が閉塞されるため、外気(空気)とアノード側の水素との混入が防止され、空気のアノード内への拡散が抑制されてシステム停止後の燃料電池本体の劣化を阻止することができる。   According to the fuel cell system of the present invention, while the fuel cell system is left after being stopped, liquid is accumulated in the liquid reservoir provided upstream, downstream, or both of the normally open second relief valve, and the exhaust pipe is caused by this liquid. Therefore, mixing of outside air (air) and hydrogen on the anode side is prevented, diffusion of air into the anode is suppressed, and deterioration of the fuel cell main body after the system is stopped can be prevented.

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施の形態は、本発明にかかる燃料電池システムを、燃料電池自動車に適用した例である。   Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, the fuel cell system according to the present invention is applied to a fuel cell vehicle.

「第1の実施の形態」
図1は、第1の実施の形態の燃料電池システムの概略構成を示すブロック図、図2は、第1のリリーフ弁の上流と下流にそれぞれ形成した液溜め部の要部拡大断面図である。
“First Embodiment”
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system according to the first embodiment, and FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a liquid reservoir portion formed upstream and downstream of the first relief valve, respectively. .

第1の実施の形態の燃料電池システムは、水素と酸素を反応させて起電力を発生する燃料電池1と、酸素を燃料電池1に供給するカソード供給経路と、水素を燃料電池1に供給するアノード供給経路と、燃料電池1から排出されるカソードオフガスを大気へ排出させるカソードオフガス排気経路と、燃料電池1から排出されるアノードオフガスを大気へ排出させるアノードオフガス排気経路とを主たる構成としている。   The fuel cell system according to the first embodiment includes a fuel cell 1 that generates an electromotive force by reacting hydrogen and oxygen, a cathode supply path that supplies oxygen to the fuel cell 1, and hydrogen that is supplied to the fuel cell 1. The main configuration is an anode supply path, a cathode offgas exhaust path for discharging the cathode offgas discharged from the fuel cell 1 to the atmosphere, and an anode offgas exhaust path for discharging the anode offgas discharged from the fuel cell 1 to the atmosphere.

カソード供給経路は、コンプレッサー2により加圧された空気を、カソードIN3から燃料電池1へ供給する経路である。カソードオフガス排気経路は、燃料電池1から排出されたカソードオフガスをカソードEX4を通して大気へ放出する経路である。   The cathode supply path is a path for supplying the air pressurized by the compressor 2 from the cathode IN3 to the fuel cell 1. The cathode offgas exhaust path is a path for discharging the cathode offgas discharged from the fuel cell 1 to the atmosphere through the cathode EX4.

アノード供給経路は、水素タンク5から供給された水素が水素配管6を通り、圧力調整弁7で調圧された後、アノードIN8から燃料電池1に供給される経路である。また、このアノード供給経路には、発電に使用されずに残った水素をアノードEX9を介して排出し、昇圧装置13で調圧してアノードIN8に循環させる経路が設けられている。   The anode supply path is a path through which hydrogen supplied from the hydrogen tank 5 passes through the hydrogen pipe 6 and is regulated by the pressure regulating valve 7 and then supplied from the anode IN8 to the fuel cell 1. In addition, the anode supply path is provided with a path for discharging hydrogen remaining not used for power generation through the anode EX9, adjusting the pressure by the booster 13, and circulating it to the anode IN8.

アノードオフガス排気経路は、アノードEX9から分岐して設けられ、開口端を大気に開放させた排気管12を通してアノードオフガスを大気に放出する経路である。この排気管12の途中には、第1のリリーフ弁10が設けられると共に、この第1のリリーフ弁10をパイパスするように分岐する分岐排気管15が設けられ、その分岐配管15に第1のリリーフ弁10と並列に配置された第2のリリーフ弁11が設けられている。   The anode off-gas exhaust path is a path that is branched from the anode EX9 and discharges the anode off-gas to the atmosphere through the exhaust pipe 12 having an open end opened to the atmosphere. A first relief valve 10 is provided in the middle of the exhaust pipe 12, and a branch exhaust pipe 15 that branches so as to bypass the first relief valve 10 is provided. A second relief valve 11 arranged in parallel with the relief valve 10 is provided.

第1のリリーフ弁10は、非通電状態で閉じるノーマルクローズのリリーフ弁からなる。ここで定義するノーマルクローズとは、電気が通っていない状態(例えば、燃料電池システム停止時)で、弁が閉まっており、通電することで弁を開くことを意味する。したがって、第1のリリーフ弁10は、燃料電池システムが稼働して燃料電池1が発電している間は弁がON−OFFしている状態であるので、アノードオフガスは排気管12から大気へと放出され、燃料電池システムの通常停止時及び、システム異常診断による緊急停止時には弁が閉じた状態となるので、アノードオフガスは分岐排気管15へと流れる。   The first relief valve 10 is a normally closed relief valve that closes in a non-energized state. The normally closed as defined here means that the valve is closed when electricity is not passed (for example, when the fuel cell system is stopped), and the valve is opened by energization. Therefore, the first relief valve 10 is in a state where the valve is ON-OFF while the fuel cell system is in operation and the fuel cell 1 is generating electric power. Therefore, the anode off-gas flows from the exhaust pipe 12 to the atmosphere. Since the valve is closed when the fuel cell system is normally stopped and during an emergency stop due to the system abnormality diagnosis, the anode off gas flows into the branch exhaust pipe 15.

第2のリリーフ弁11は、非通電状態で開くノーマルオープンのリリーフ弁からなる。ここで定義するノーマルオープンとは、電気が通っていない状態(例えば、燃料電池システム停止時)で、弁が開いており、通電することで弁を閉じることを意味する。したがって、第2のリリーフ弁11は、燃料電池システムが稼働して燃料電池1が発電している間は弁が閉じた状態であるので、アノードオフガスは分岐排気管15を流れずに本流である排気管12を流れ、燃料電池システムの通常停止時及び、システム異常診断による緊急停止時には弁が開いた状態となるので、アノードオフガスは分岐排気管15を流れる。   The second relief valve 11 is a normally open relief valve that opens in a non-energized state. The normal open defined here means that the valve is open when electricity is not conducted (for example, when the fuel cell system is stopped), and the valve is closed when energized. Accordingly, since the second relief valve 11 is in a closed state while the fuel cell system is operating and the fuel cell 1 is generating power, the anode off-gas does not flow through the branch exhaust pipe 15 but is mainstream. Since the valve is opened during normal stop of the fuel cell system and emergency stop by system abnormality diagnosis through the exhaust pipe 12, the anode off gas flows through the branch exhaust pipe 15.

そして、この第2のリリーフ弁11の上流と下流の両方には、燃料電池システムの通常停止時及び、システム異常診断による緊急停止時に液体を溜めて排気管12及び分岐排気管15を閉塞する液溜め部14が形成されている。液溜め部14は、排気管12に接続される分岐排気管15の接続部分よりも上流と下流の位置にそれぞれ設けられている。かかる液溜め部14は、図2に示すように、車両下側に向かって排気管12の一部を略U字状(または略V字状)に湾曲させることにより形成され、液体30が満たされたときに当該排気管12を閉塞するようになっている。   In both the upstream and downstream sides of the second relief valve 11, there is a liquid that accumulates liquid and closes the exhaust pipe 12 and the branch exhaust pipe 15 when the fuel cell system is normally stopped and during an emergency stop due to system abnormality diagnosis. A reservoir portion 14 is formed. The liquid reservoirs 14 are provided at positions upstream and downstream of the connecting portion of the branch exhaust pipe 15 connected to the exhaust pipe 12. As shown in FIG. 2, the liquid reservoir 14 is formed by curving a part of the exhaust pipe 12 in a substantially U shape (or a substantially V shape) toward the vehicle lower side, and the liquid 30 fills. When this is done, the exhaust pipe 12 is closed.

このように構成された燃料電池システムでは、システムの通常停止時及び、システム異常診断による緊急停止時などの場合に、燃料電池運転中に生成される生成水をこの液溜め部14に満水にさせ、当該液溜め部14を冠水させることにより排気管12及び分岐排気管15を完全に閉塞するので、システム運転停止後の放置中は溜まった生成水で外気とアノード側の水素とが直接混ざるのを防止できる。したがって、水素と空気が直接触れることもないので、空気のアノード内への拡散を防止することが可能となり、システム運転停止後の放置状態でも燃料電池本体の破損を未然に回避できる。   In the fuel cell system configured as described above, the water reservoir generated during fuel cell operation is filled in the liquid reservoir 14 when the system is normally stopped or during an emergency stop due to system abnormality diagnosis. Since the exhaust pipe 12 and the branch exhaust pipe 15 are completely closed by submerging the liquid reservoir portion 14, the outside air and the hydrogen on the anode side are directly mixed with the generated water accumulated during standing after the system operation is stopped. Can be prevented. Accordingly, since hydrogen and air are not in direct contact with each other, it is possible to prevent the diffusion of air into the anode, and it is possible to prevent damage to the fuel cell main body even when left after the system is stopped.

また、燃料電池システムの始動時は、液溜め部14に溜まった液体30を内圧で吹き飛ばすことができるため、第1のリリーフ弁10及び第2のリリーフ弁11の機能を阻害することはない。   Further, at the time of starting the fuel cell system, the liquid 30 accumulated in the liquid reservoir 14 can be blown off with the internal pressure, so that the functions of the first relief valve 10 and the second relief valve 11 are not hindered.

一方、前記燃料電池システムの運転方法では、システムの通常停止時及び、システム異常診断による緊急停止時に燃料電池1から排出されるアノードオフガスを大気へと放出する排気管12に設けた液溜め部14に、燃料電池運転中に生成された生成水及び配管内の凝縮水(液体30)が液溜め部14に流れ落ちて来て溜まり、当該液溜め部14が冠水する。したがって、燃料電池システム停止後の放置状態においては、液溜め部14が液体30によって冠水して排気管12及び分岐排気管15が閉塞されることで、アノード内への空気の拡散が防止され、燃料電池の寿命短縮が回避される。   On the other hand, in the operation method of the fuel cell system, the liquid reservoir 14 provided in the exhaust pipe 12 that discharges the anode off-gas discharged from the fuel cell 1 to the atmosphere at the normal stop of the system and at the emergency stop by the system abnormality diagnosis. In addition, the generated water generated during the fuel cell operation and the condensed water (liquid 30) in the pipe flow down and accumulate in the liquid reservoir 14, and the liquid reservoir 14 is submerged. Therefore, in the state of being left after the fuel cell system is stopped, the liquid reservoir 14 is submerged by the liquid 30 and the exhaust pipe 12 and the branch exhaust pipe 15 are closed, thereby preventing air from diffusing into the anode. Shortening the life of the fuel cell is avoided.

このように、本実施の形態では、燃料電池1が発電することによって生成した水(液体30)を使用しているため、液溜め部14を冠水させるための特段上の設備を要しないことから燃料電池システム自体の構造を簡略化することができる。   As described above, in the present embodiment, since water (liquid 30) generated by the power generation by the fuel cell 1 is used, no special equipment for submerging the liquid reservoir 14 is required. The structure of the fuel cell system itself can be simplified.

「第2の実施の形態」
図3は、第2の実施の形態の燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
“Second Embodiment”
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system according to the second embodiment.

第2の実施の形態の燃料電池システムは、第1の実施の形態の燃料電池システムの構成に加えて、液体30である不凍液(Long Life Cloolant)を溜めたリザーバタンク16と、このリザーバタンク16から不凍液を前記液溜め部14に供給する不凍液供給配管17と、燃料電池システムの通常停止時及び、システム異常診断による緊急停止時に不凍液を液溜め部14に供給制御する制御弁18とを備えている。   In the fuel cell system of the second embodiment, in addition to the configuration of the fuel cell system of the first embodiment, a reservoir tank 16 in which an antifreeze liquid (Long Life Cloolant) that is a liquid 30 is stored, and the reservoir tank 16 An antifreeze liquid supply pipe 17 for supplying the antifreeze liquid to the liquid reservoir 14 and a control valve 18 for controlling the supply of the antifreeze liquid to the liquid reservoir 14 during a normal stop of the fuel cell system and an emergency stop by a system abnormality diagnosis. Yes.

リザーバタンク16には、氷点下の下に燃料電池システムが置かれた場合でも燃料電池1から排出された水が凍結しないように防止するための不凍液が満たされている。かかる不凍液は、液溜め部14の近傍に設置された制御弁18により制御され、リザーバタンク16から不凍液供給配管17を通して液溜め部14に供給される。この不凍液が液溜め部14に供給されるタイミングとしては、燃料電池システムの通常停止時及び、システム異常診断による緊急停止時とされる。また、不凍液の供給量としては、図2で示したように、液溜め部14が冠水して排気管12が閉塞された状態となる水量とされる。   The reservoir tank 16 is filled with antifreeze for preventing water discharged from the fuel cell 1 from freezing even when the fuel cell system is placed below the freezing point. The antifreeze liquid is controlled by a control valve 18 installed in the vicinity of the liquid reservoir 14 and supplied from the reservoir tank 16 to the liquid reservoir 14 through the antifreeze liquid supply pipe 17. The timing at which the antifreeze liquid is supplied to the liquid reservoir 14 is a normal stop of the fuel cell system and an emergency stop by a system abnormality diagnosis. Further, as shown in FIG. 2, the supply amount of the antifreeze liquid is an amount of water in which the liquid reservoir 14 is submerged and the exhaust pipe 12 is closed.

第2の実施の形態の燃料電池システムでは、第1の実施の形態の燃料電池システムに対して、燃料電池システムの通常停止時及び、システム異常診断による緊急停止時に、液溜め部14に不凍液を流し込むことが可能となり、寒冷地等で外気温が氷点下になる等の条件下では氷結による始動時の配管閉塞を起すこともなく始動可能となるので、第1の実施の形態の燃料電池システムと同等の効果を確保し且つ低温対応も可能となる。つまり、この実施の形態の燃料電池システムによれば、液溜め部14に溜めた不凍液によって排気管12を閉塞させることで外気とアノードの拡散を防止でき、さらに、極低温時でも凍結を防止できると共に極低温起動時も排気の同通を確保できる。   In the fuel cell system according to the second embodiment, antifreeze liquid is applied to the liquid reservoir 14 when the fuel cell system is normally stopped and during an emergency stop due to system abnormality diagnosis, compared to the fuel cell system according to the first embodiment. The fuel cell system according to the first embodiment and the fuel cell system according to the first embodiment can be started without causing pipe clogging at the time of start-up due to freezing under conditions such as a cold region where the outside air temperature is below freezing point. It is possible to ensure the same effect and cope with low temperatures. That is, according to the fuel cell system of this embodiment, the exhaust pipe 12 can be blocked by the antifreeze liquid stored in the liquid reservoir 14, thereby preventing the outside air and the anode from diffusing, and further freezing can be prevented even at extremely low temperatures. At the same time, it is possible to ensure the same exhaust at the start of cryogenic temperatures.

「第3の実施の形態」
図4は、第3の実施の形態の燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
“Third Embodiment”
FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system according to the third embodiment.

第3の実施の形態の燃料電池システムは、第2の実施の形態の燃料電池システムの構成に加えて、外気温を検出する外気温検出手段である温度センサー19と、この温度センサー19の信号をモニターして燃料電池1の氷結発生を推定(燃料電池が氷結するか否かを判定)し、氷結の危険性がないと判断した場合は、燃料電池1の発電中に生成された水を液溜め部14に溜め、氷結の危険性があると判断した場合は、前記制御弁18を開いて不凍液を液溜め部14に溜めるように制御する制御部であるコンピュータ20とを備える。   The fuel cell system according to the third embodiment includes, in addition to the configuration of the fuel cell system according to the second embodiment, a temperature sensor 19 that is an outside air temperature detecting means for detecting an outside air temperature, and a signal from the temperature sensor 19. Is used to estimate the occurrence of icing in the fuel cell 1 (determining whether the fuel cell is icing) or not. If it is determined that there is no risk of icing, water generated during power generation of the fuel cell 1 is When it is determined that there is a risk of freezing in the liquid reservoir 14, the control valve 18 is opened to control the computer 20 as a controller for controlling to store the antifreeze liquid in the liquid reservoir 14.

温度センサー19は、自動車の車体の一部に設けられ、外気の温度を検出する。コンピュータ20は、温度センサー19で検出したセンサー信号を読み込み、排気管12内の水が氷結するかどうかを判定し、氷結の可能性があると判断した場合は、制御弁18を開き、リザーバタンク16から不凍液を液溜め部14に供給し、氷結の可能性がないと判断した場合は、不凍液の供給を行わず燃料電池1により生成された生成水を液溜め部14に供給する。   The temperature sensor 19 is provided in a part of the body of the automobile and detects the temperature of the outside air. The computer 20 reads the sensor signal detected by the temperature sensor 19 and determines whether or not the water in the exhaust pipe 12 is frozen. If it is determined that there is a possibility of freezing, the control valve 18 is opened and the reservoir tank is opened. When the antifreeze liquid is supplied from 16 to the liquid reservoir 14 and it is determined that there is no possibility of freezing, the generated water generated by the fuel cell 1 is supplied to the liquid reservoir 14 without supplying the antifreeze liquid.

第3の実施の形態の燃料電池システムでは、外気温を検出して氷結の有無の可能性を判断して不凍液を液溜め部14に供給するか否かの判断を行っているため、温度環境状態に応じて不凍液の供給か、燃料電池1により生成される生成水の供給かを選択することができる。そのため、氷結が心配ない温度環境下では、燃料電池により生成され、運転中は尽きることがない生成水を使用し、リザーバタンク16内に貯蔵された不凍液の使用を節約し、不凍液の補給頻度を少なくし経済性を確保することができる。また、氷結が発生する温度環境下では、不凍液により氷結を防止することができるため、第2の実施の形態の燃料電池システムと同様の効果が得られる。   In the fuel cell system according to the third embodiment, since the outside air temperature is detected and the possibility of freezing is determined to determine whether or not the antifreeze liquid is supplied to the liquid reservoir 14, the temperature environment Depending on the state, it is possible to select whether to supply antifreeze or to supply generated water generated by the fuel cell 1. Therefore, in a temperature environment where there is no concern about icing, the generated water that is generated by the fuel cell and does not run out during operation is used, and the use of the antifreeze stored in the reservoir tank 16 is saved and the frequency of replenishment of the antifreeze is reduced. Less economics can be ensured. In addition, under the temperature environment where icing occurs, icing can be prevented by the antifreeze liquid, and thus the same effect as the fuel cell system of the second embodiment can be obtained.

もちろん、この第3の実施の形態の燃料電池システムによれば、氷結の可能性の有無判断によって選択的に燃料電池1から生成された水か、或いは不凍液の何れかを液溜め部14に満たして排気管12を閉塞することで、燃料電池システムの通常停止時及び、システム異常診断による緊急停止後の放置中のアノードへの空気の拡散を防止することができる。   Of course, according to the fuel cell system of the third embodiment, either the water generated selectively from the fuel cell 1 or the antifreeze liquid is filled in the liquid reservoir 14 by determining whether or not there is a possibility of freezing. By closing the exhaust pipe 12, it is possible to prevent the air from diffusing into the anode that is left unattended after a normal stop of the fuel cell system and after an emergency stop due to a system abnormality diagnosis.

「その他の実施の形態」
以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本実施の形態は、上述の実施の形態に制限されず、種々の変更が可能である。
"Other embodiments"
Although specific embodiments to which the present invention is applied have been described above, the present embodiments are not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made.

例えば、上述の第1〜第3の実施の形態では、何れも第1のリリーフ弁10の上流と下流の両方に液溜め部14を形成したが、少なくとも何れか一方に液溜め部14を形成すれば、本発明の効果を奏することができる。   For example, in the first to third embodiments described above, the liquid reservoir 14 is formed both upstream and downstream of the first relief valve 10, but the liquid reservoir 14 is formed in at least one of them. If it does, there can exist the effect of this invention.

また、第1のリリーフ弁10は、燃料電池システムの通常停止時及び、システム異常診断による緊急停止時において弁を閉じるノーマルクローズのリリーフ弁を使用していることから、この第1のリリーフ弁10が設けられる排気管12よりバイパスされた分岐排気管15に液溜め部14を設けても同様の効果が得られる。この場合の液溜め部14は、第2のリリーフ弁11の上流又は下流或いは両方における分岐排気管15に液溜め部14を設けるようにする。   Further, since the first relief valve 10 uses a normally closed relief valve that closes the valve when the fuel cell system is normally stopped and at the time of emergency stop by system abnormality diagnosis, the first relief valve 10 is used. The same effect can be obtained by providing the liquid reservoir 14 in the branch exhaust pipe 15 that is bypassed from the exhaust pipe 12 provided with the. In this case, the liquid reservoir 14 is provided in the branch exhaust pipe 15 upstream, downstream, or both of the second relief valve 11.

第1の実施の形態の燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the fuel cell system of 1st Embodiment. 第1の実施の形態の燃料電池システムにおける第1のリリーフ弁の上流と下流にそれぞれ形成した液溜め部の要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view of the liquid reservoir part each formed in the upstream and downstream of the 1st relief valve in the fuel cell system of 1st Embodiment. 第2の実施の形態の燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the fuel cell system of 2nd Embodiment. 第3の実施の形態の燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the fuel cell system of 3rd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…燃料電池
2…コンプレッサー
3…カソードIN
4…カソードEX
5…水素タンク
8…アノードIN
9…アノードEX
10…第1のリリーフ弁
11…第2のリリーフ弁
12…排気管
14…液溜め部
15…分岐排気管
16…リザーバタンク(タンク)
18…制御弁
19…温度センサー(外気温検出手段)
20…コンピュータ(制御部)
30…液体(水、不凍液)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell 2 ... Compressor 3 ... Cathode IN
4 ... Cathode EX
5 ... Hydrogen tank 8 ... Anode IN
9 ... Anode EX
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... 1st relief valve 11 ... 2nd relief valve 12 ... Exhaust pipe 14 ... Liquid reservoir 15 ... Branch exhaust pipe 16 ... Reservoir tank (tank)
18 ... Control valve 19 ... Temperature sensor (outside air temperature detection means)
20: Computer (control unit)
30 ... Liquid (water, antifreeze)

Claims (10)

水素と酸素を反応させて起電力を発生する燃料電池と、
前記燃料電池から排出されるアノードオフガスを大気へ放出する排気管と、
前記排気管に設けられ、非通電状態で閉じるノーマルクローズの第1のリリーフ弁と、
前記排気管から分岐された分岐排気管に前記第1のリリーフ弁と並列に設けられ、非通電状態で開くノーマルオープンの第2のリリーフ弁と、
前記第2のリリーフ弁の上流又は下流若しくは両方に、システムの通常停止時及び、システム異常診断による緊急停止時に液体を溜めて前記排気管又は分岐排気管の流路を閉塞する液溜め部とを備えた
ことを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell that reacts hydrogen and oxygen to generate an electromotive force; and
An exhaust pipe for releasing the anode off-gas discharged from the fuel cell to the atmosphere;
A normally closed first relief valve provided in the exhaust pipe and closed in a non-energized state;
A normally open second relief valve provided in parallel with the first relief valve on the branch exhaust pipe branched from the exhaust pipe and opened in a non-energized state;
A liquid reservoir for accumulating liquid and closing the flow path of the exhaust pipe or the branch exhaust pipe at the time of normal stop of the system and emergency stop by system abnormality diagnosis, upstream or downstream of the second relief valve or both. A fuel cell system comprising:
請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記液溜め部は、前記排気管又は分岐排気管の一部を屈曲させて形成された
ことを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1,
The liquid reservoir is formed by bending a part of the exhaust pipe or the branch exhaust pipe.
請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システムであって、
前記液体は、前記燃料電池の発電中に生成された水である
ことを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein
The liquid is water generated during power generation of the fuel cell. The fuel cell system.
請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システムであって、
前記液体は、不凍液である
ことを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein
The fuel cell system, wherein the liquid is an antifreeze liquid.
請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システムであって、
不凍液を溜めたタンクと、
前記タンクから不凍液を前記液溜め部に供給する配管と、
前記システムの通常停止時及び、システム異常診断による緊急停止時に、前記不凍液を前記液溜め部に供給制御する制御弁とを備えた
ことを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein
A tank of antifreeze and
Piping for supplying antifreeze liquid from the tank to the liquid reservoir;
A fuel cell system comprising: a control valve that controls supply of the antifreeze liquid to the liquid reservoir when the system is normally stopped and during an emergency stop by a system abnormality diagnosis.
請求項5に記載の燃料電池システムであって、
外気温を検出する外気温検出手段と、
前記外気温検出手段の信号をモニターして前記燃料電池の氷結発生を推定し、氷結の危険性がないと判断した場合は、該燃料電池の発電中に生成された水を前記液溜め部に溜め、氷結の危険性があると判断した場合は、前記制御弁を開いて不凍液を前記液溜め部に溜めるように制御する制御部とを備えた
ことを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 5, wherein
An outside air temperature detecting means for detecting the outside air temperature;
If the signal from the outside air temperature detecting means is monitored to estimate the occurrence of icing in the fuel cell and it is determined that there is no risk of icing, water generated during power generation of the fuel cell is stored in the liquid reservoir. A fuel cell system comprising: a control unit that controls to open the control valve and store the antifreeze liquid in the liquid storage unit when it is determined that there is a risk of storage and freezing.
水素と酸素を燃料電池に供給して発電させると共に発電により生じたアノードオフガスを大気に放出させる燃料電池システムの運転方法において、
前記燃料電池から排出されるアノードオフガスを大気へと放出する排気管に設けた液溜め部に、前記システムの通常停止時及び、システム異常診断による緊急停止時に、該液体を溜めて流路を閉塞するようにした
ことを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
In a method of operating a fuel cell system in which hydrogen and oxygen are supplied to a fuel cell to generate power and an anode off gas generated by the power generation is released to the atmosphere.
A liquid reservoir provided in an exhaust pipe that discharges the anode off-gas discharged from the fuel cell to the atmosphere collects the liquid and closes the flow path at the time of normal stop of the system and emergency stop by system abnormality diagnosis. A method for operating a fuel cell system, characterized in that:
請求項7に記載の燃料電池システムの運転方法であって、
前記液体として前記燃料電池の発電中に生成された水を使用する
ことを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
A method for operating a fuel cell system according to claim 7,
Water generated during power generation of the fuel cell is used as the liquid. A method of operating a fuel cell system.
請求項7に記載の燃料電池システムの運転方法であって、
前記液体として不凍液を使用する
ことを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
A method for operating a fuel cell system according to claim 7,
An antifreeze is used as the liquid. A method for operating a fuel cell system.
請求項7に記載の燃料電池システムの運転方法であって、
外気温を検出して燃料電池が氷結する危険性がないと判断した場合は、燃料電池の発電中に生成された水を前記液溜め部に溜め、氷結の危険性があると判断した場合は、不凍液を前記液溜め部に溜める
ことを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
A method for operating a fuel cell system according to claim 7,
If it is determined that there is no risk of icing of the fuel cell by detecting the outside air temperature, water generated during power generation of the fuel cell is stored in the reservoir, and if it is determined that there is a risk of icing A method of operating a fuel cell system, wherein the antifreeze is stored in the liquid reservoir.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013093255A (en) * 2011-10-27 2013-05-16 Aisin Seiki Co Ltd Fuel cell system
JP2016096062A (en) * 2014-11-14 2016-05-26 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
JP2016138658A (en) * 2016-03-14 2016-08-04 アイシン精機株式会社 Fuel cell exhaust and drain valve

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