JP2006260863A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は反応ガスを加湿する加湿器を有する燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system having a humidifier for humidifying a reaction gas.
燃料電池システムは、一般的には、燃料電池と、燃料電池に供給される反応ガスを加湿する加湿器とを備えている。このように反応ガスを加湿すれば、燃料電池の出力を高めることができる。 A fuel cell system generally includes a fuel cell and a humidifier that humidifies a reaction gas supplied to the fuel cell. If the reaction gas is humidified in this way, the output of the fuel cell can be increased.
上記した加湿器は、燃料電池に供給する反応ガスを加湿する加湿部と、加湿部で加湿した反応ガスを燃料電池に供給する反応ガス出口と、燃料電池から吐出された反応ガスの発電反応後のオフガスが供給されるオフガス入口とを有する。この場合、加湿部で加湿された反応ガスは反応ガス出口から燃料電池に供給され、発電反応に使用される。発電反応に使用されたオフガスは、燃料電池から吐出され、加湿器のオフガス入口から加湿器内に供給される。 The humidifier described above includes a humidifying unit that humidifies the reaction gas supplied to the fuel cell, a reaction gas outlet that supplies the reaction gas humidified by the humidification unit to the fuel cell, and a power generation reaction of the reaction gas discharged from the fuel cell. Off-gas inlet to which the off-gas is supplied. In this case, the reaction gas humidified by the humidification unit is supplied to the fuel cell from the reaction gas outlet and used for the power generation reaction. The off gas used for the power generation reaction is discharged from the fuel cell and supplied into the humidifier from the off gas inlet of the humidifier.
特許文献１には、貯湯槽に貯留されている温水の熱を利用して加湿器を暖める燃料電池システムが開示されている。このものでは、貯湯槽に貯留されている温水の熱を利用して加湿器を暖めることができる。
また特許文献２には、燃料電池の温度を検出し、燃料電池の温度が低下したときに加湿器の供給水量を補正し、燃料電池の内部における凍結を防止する燃料電池システムが開示されている。特許文献２によれば、燃料電池の温度が湿分の凍結温度以下であるとき、燃料電池の内部で凍結が生じないように、起動時から加湿量を低下させることにしている。具体的には、燃料電池の上流側に加湿器を配置すると共に、加湿器を経ないで燃料電池にガスを供給するバイパス路を燃料電池の上流側に設け、ガスが加湿器を流れないようして加湿量を減じ、バイパス路により燃料電池に供給することにしている。
燃料電池システムによれば、図８に示すように、当該システムの立上がり時には、燃料電池のスタックの昇温速度は比較的早いものの、スタックの昇温に比較して加湿器の昇温速度は遅くなる傾向がある。殊に、配置レイアウトなどの関係で、燃料電池と加湿器とが離間して配置されている場合には、燃料電池の熱が加湿器に伝達されにくいため、燃料電池のスタックの昇温に比べて、加湿器の昇温速度は遅くなる傾向がある。 According to the fuel cell system, as shown in FIG. 8, when the system starts up, the temperature increase rate of the stack of the fuel cell is relatively fast, but the temperature increase rate of the humidifier is slower than the temperature increase of the stack. Tend to be. In particular, when the fuel cell and the humidifier are arranged apart from each other due to the layout, etc., the heat of the fuel cell is difficult to be transmitted to the humidifier. Therefore, the heating rate of the humidifier tends to be slow.
このため当該システムの立上がり時には、加湿器の温度があまり昇温していない割に、加湿器における湿分が多めとなることがある。この場合、湿分が多いガスが燃料電池に供給されることになり、燃料電池の内部において水が過剰となり、フラッディング現象が生じることがある。ここで、フラッディング現象は、燃料電池の内部のガス通路が水で塞がれ、燃料電池の内部におけるガスの分配が制限されることをいう。 For this reason, at the time of starting up the system, the humidity in the humidifier may become excessive even though the temperature of the humidifier has not increased so much. In this case, a gas having a high moisture content is supplied to the fuel cell, so that water becomes excessive inside the fuel cell and a flooding phenomenon may occur. Here, the flooding phenomenon means that the gas passage inside the fuel cell is blocked with water, and the gas distribution inside the fuel cell is restricted.
また上記した特許文献１によれば、加湿器の立上げ時に、オフガスが加湿器のオフガス入口に供給される流量を制限するものではない。また上記した特許文献２も、加湿器の立上げ時に、オフガスが加湿器のオフガス入口に供給される流量を制限するものではない。
According to
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、システムの立上がり時におけるフラッディング現象を抑制するのに有利な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 in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system that is advantageous in suppressing the flooding phenomenon at the start-up of the system.
（１）様相１の本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、
燃料電池に供給する反応ガスを加湿する加湿部と、加湿部で加湿した反応ガスを燃料電池に供給する反応ガス出口と、燃料電池から吐出された反応ガスの発電反応後のオフガスが供給されるオフガス入口とを有する加湿器とを具備する燃料電池システムにおいて、
燃料電池から吐出されたオフガスが加湿器のオフガス入口に供給される流量を制限する流量制限要素と、
加湿器の立上げ時に流量制限要素を制御し、オフガスが加湿器のオフガス入口に供給される流量を制限する流量制限操作を含むオフガス制御を実行する制御手段とを具備していることを特徴とするものである。
(1) A fuel cell system according to the present invention of
A humidification unit that humidifies the reaction gas supplied to the fuel cell, a reaction gas outlet that supplies the reaction gas humidified by the humidification unit to the fuel cell, and an off-gas after the power generation reaction of the reaction gas discharged from the fuel cell are supplied A fuel cell system comprising a humidifier having an off-gas inlet;
A flow rate limiting element that limits the flow rate at which the off gas discharged from the fuel cell is supplied to the off gas inlet of the humidifier;
And a control means for performing off-gas control including a flow restriction operation for controlling a flow restriction element when starting up the humidifier and restricting a flow rate at which off-gas is supplied to the off-gas inlet of the humidifier. To do.
様相１の本発明に係る燃料電池システムによれば、加湿器の立上げ時には、制御手段は流量制限要素を制御し、オフガス制御を実行する。オフガス制御では、オフガスが加湿器のオフガス入口に供給される流量を制限する流量制限操作が実行される。このように加湿器の立上げ時に、湿分を含むオフガスが加湿器のオフガス入口に供給される流量が制限されるため、加湿器の加湿部の湿分量が過剰になることが抑制される。この結果、燃料電池に供給される反応ガスの加湿量が適正化され、燃料電池におけるフラッディング現象が抑制される。 According to the fuel cell system according to the first aspect of the present invention, when the humidifier is started up, the control means controls the flow rate limiting element and executes off-gas control. In the off gas control, a flow rate limiting operation is performed to limit the flow rate at which the off gas is supplied to the off gas inlet of the humidifier. As described above, when the humidifier is started up, the flow rate at which the off-gas containing moisture is supplied to the off-gas inlet of the humidifier is limited, so that the amount of moisture in the humidifier of the humidifier is suppressed from being excessive. As a result, the humidification amount of the reaction gas supplied to the fuel cell is optimized, and the flooding phenomenon in the fuel cell is suppressed.
（２）様相２の本発明に係る燃料電池システムによれば、制御手段は、加湿器の立上げ時に流量制限要素を制御し、オフガスを加湿器のオフガス入口に供給する供給操作と、オフガスが加湿器のオフガス入口に供給される流量を制限する流量制限操作とを含むオフガス制御を実行することを特徴とするものである。 (2) According to the fuel cell system according to the second aspect of the present invention, the control means controls the flow restriction element when the humidifier is started up, and supplies the off gas to the off gas inlet of the humidifier. Off-gas control including a flow rate limiting operation for limiting the flow rate supplied to the off-gas inlet of the humidifier is performed.
様相２の本発明に係る燃料電池システムによれば、加湿器の立上げ時には、制御手段は流量制限要素を制御し、オフガス制御を実行する。オフガス制御では、オフガスを加湿器のオフガス入口に供給する供給操作と、オフガスが加湿器のオフガス入口に供給される流量を制限する流量制限操作とが実行される。このように加湿器の立上げ時に、湿分を含むオフガスが加湿器のオフガス入口に供給される流量が制限されるため、加湿器の加湿部の湿分量が過剰になることが抑制される。この結果、燃料電池に供給される反応ガスの加湿量が適正化され、燃料電池におけるフラッディング現象が抑制される。 According to the fuel cell system according to the second aspect of the present invention, when the humidifier is started up, the control unit controls the flow rate limiting element and executes off-gas control. In the off gas control, a supply operation for supplying off gas to the off gas inlet of the humidifier and a flow rate limiting operation for limiting the flow rate at which the off gas is supplied to the off gas inlet of the humidifier are executed. As described above, when the humidifier is started up, the flow rate at which the off-gas containing moisture is supplied to the off-gas inlet of the humidifier is limited, so that the amount of moisture in the humidifier of the humidifier is suppressed from being excessive. As a result, the humidification amount of the reaction gas supplied to the fuel cell is optimized, and the flooding phenomenon in the fuel cell is suppressed.
本発明によれば、燃料電池システムの起動時、即ち、加湿器の立上げ時において、湿分を含むオフガスが加湿器のオフガス入口に供給される流量が制限される。このため加湿器の加湿部の湿分量が過剰になることが抑制される。この結果、加湿器の立上げ時において、燃料電池に供給される反応ガスの加湿量が適正化される。故に燃料電池におけるフラッディング現象が抑制され、燃料電池における発電反応が良好に確保される。 According to the present invention, when the fuel cell system is started, that is, when the humidifier is started up, the flow rate at which the off gas containing moisture is supplied to the off gas inlet of the humidifier is limited. For this reason, it is suppressed that the moisture content of the humidification part of a humidifier becomes excessive. As a result, the humidification amount of the reaction gas supplied to the fuel cell is optimized when the humidifier is started up. Therefore, the flooding phenomenon in the fuel cell is suppressed, and the power generation reaction in the fuel cell is ensured satisfactorily.
加湿器は、燃料電池に供給する反応ガスを加湿する加湿部と、加湿部で加湿した反応ガスを燃料電池に供給する反応ガス出口と、燃料電池から吐出された反応ガスの発電反応後のオフガスが供給されるオフガス入口とを有する。加湿器は、燃料電池の酸化剤極に供給される反応ガスとしての酸化剤ガスを加湿するものでも良いし、あるいは、燃料電池の燃料極に供給される反応ガスとしての燃料ガスを加湿するものでも良い。酸化剤ガスとしては空気等の酸素含有ガスを採用することができる。 The humidifier includes a humidifying unit that humidifies the reaction gas supplied to the fuel cell, a reaction gas outlet that supplies the reaction gas humidified by the humidification unit to the fuel cell, and an off-gas after the power generation reaction of the reaction gas discharged from the fuel cell. And an off-gas inlet to which is supplied. The humidifier may humidify the oxidant gas as the reaction gas supplied to the oxidant electrode of the fuel cell, or may humidify the fuel gas as the reaction gas supplied to the fuel cell of the fuel cell. But it ’s okay. An oxygen-containing gas such as air can be adopted as the oxidant gas.
流量制限要素は、燃料電池から吐出されたオフガスが加湿器に供給される流量を制限するものである。流量制限要素は、燃料電池と加湿器のオフガス入口との間に設けられオフガスが加湿器のオフガス入口を迂回するようにオフガスを流す迂回通路と、迂回通路に設けられ加湿器に供給するオフガスの流量を調整する流体機器とを備えている形態を採用することができる。オフガスが加湿器のオフガス入口を迂回するようにすれば、オフガスに含まれている湿分が加湿器に持ち込まれることが効果的に制限される。流体機器としては、加湿器に供給するオフガスの流量を調整するものであれば良い。また、流量制限要素は、燃料電池と加湿器のオフガス入口とを繋ぐ通路に設けられ、加湿器に供給するオフガスの流量を調整する流体機器とを備えている形態を採用することができる。この場合、加湿器に供給されないオフガスを吐出させる吐出口が当該通路に設けられていることが好ましい。前記した流体機器としては例えばバルブ、可変絞りが例示される。バルブとしては開度を調整できるものであれば良い。可変絞りは流量を調整できる絞りである。 The flow rate limiting element limits the flow rate at which the off gas discharged from the fuel cell is supplied to the humidifier. The flow restricting element is provided between the fuel cell and the off-gas inlet of the humidifier, and includes a detour passage through which the off-gas flows so that the off-gas bypasses the off-gas inlet of the humidifier, and an off-gas that is provided in the detour passage and supplied to the humidifier. The form provided with the fluid apparatus which adjusts a flow volume is employable. If the off gas bypasses the off gas inlet of the humidifier, it is effectively limited that moisture contained in the off gas is brought into the humidifier. Any fluid device may be used as long as it adjusts the flow rate of off-gas supplied to the humidifier. Further, the flow rate limiting element may be provided with a fluid device that is provided in a passage connecting the fuel cell and the off gas inlet of the humidifier and adjusts the flow rate of the off gas supplied to the humidifier. In this case, it is preferable that a discharge port for discharging off gas not supplied to the humidifier is provided in the passage. Examples of the fluid device described above include a valve and a variable throttle. Any valve can be used as long as the opening can be adjusted. The variable throttle is a throttle that can adjust the flow rate.
本発明によれば、流量制限要素としては、燃料電池から吐出された反応ガスのオフガスがバルブにより迂回通路に流れるときであっても、燃料電池から吐出された反応ガスのオフガスの一部を加湿器に流す形態を採用することができる。この場合、オフガスの一部が加湿器に流れるため、加湿器の内部が過剰に乾くことが抑制される。 According to the present invention, as the flow rate limiting element, even when the off gas of the reaction gas discharged from the fuel cell flows to the bypass passage by the valve, a part of the off gas of the reaction gas discharged from the fuel cell is humidified. It is possible to adopt a form that flows in a vessel. In this case, since part of the off gas flows to the humidifier, the inside of the humidifier is suppressed from being excessively dried.
本発明によれば、制御手段は加湿器の立上げ時においてオフガス制御を実行する。オフガス制御は、流量制限要素を制御し、オフガスが加湿器のオフガス入口に供給される流量を制限する流量制限操作を含む。ここで、『流量を制限する』とは、流量制限操作を実行しない場合に比較して、燃料電池から加湿器に供給されるオフガスの単位時間当たりの流量を減少させるという意味である。 According to the present invention, the control means performs off-gas control when the humidifier is started up. Off-gas control includes a flow restriction operation that controls the flow restriction element and restricts the flow rate at which off-gas is supplied to the off-gas inlet of the humidifier. Here, “limit the flow rate” means that the flow rate per unit time of the off gas supplied from the fuel cell to the humidifier is reduced as compared with the case where the flow rate limiting operation is not performed.
前記した流量制限操作では、加湿器のオフガス入口に供給されるオフガスの流量が通常操作（流量制限操作をしていないとき、例えば定常運転時）のときよりも制限される。流量制限操作では、加湿器のオフガス入口に供給されるオフガスの流量を０にすることができる。この場合、オフガスに含まれている湿分が加湿器に持ち込まれることが効果的に制限される。 In the above-described flow rate limiting operation, the flow rate of the off gas supplied to the off gas inlet of the humidifier is limited compared to the normal operation (when the flow rate limiting operation is not performed, for example, during steady operation). In the flow restriction operation, the flow rate of off gas supplied to the off gas inlet of the humidifier can be reduced to zero. In this case, the moisture contained in the off gas is effectively limited from being brought into the humidifier.
また、制御手段により実行されるオフガス制御は、オフガスを加湿器のオフガス入口に供給する供給操作と、オフガスが加湿器のオフガス入口に供給される流量（単位時間あたりの流量）を制限する流量制限操作とを含む形態を採用することができる。流量制限操作では、加湿器のオフガス入口に供給されるオフガスの流量（単位時間あたりの流量）が供給操作のときよりも制限される。供給操作は、流量制限操作の場合よりも、単位時間当たり多い流量のオフガスを加湿器に供給する操作である。 The off-gas control executed by the control means includes a supply operation for supplying off-gas to the off-gas inlet of the humidifier, and a flow restriction that limits the flow rate (flow per unit time) of off-gas supplied to the off-gas inlet of the humidifier. A form including an operation can be adopted. In the flow rate limiting operation, the flow rate of the off gas supplied to the off gas inlet of the humidifier (the flow rate per unit time) is more limited than in the supply operation. The supply operation is an operation for supplying the humidifier with an off gas having a higher flow rate per unit time than in the case of the flow rate limiting operation.
制御手段は、加湿部で加湿した反応ガスの温度が設定温度に到達したら流量制限操作を実行する形態を採用することができる。この場合、流量制限操作を実行すれば、オフガスに含まれている湿分が加湿器に持ち込まれることが効果的に制限され、加湿器における湿分の過剰化の抑制に効果的である。ここで、『加湿部で加湿した反応ガスの温度』としては、例えば次のａ〜ｄを例示でき、燃料電池システムの各種制御において基準温度として使用することができる。
ａ：燃料電池の反応ガス入口における反応ガスの温度
ｂ：加湿器の反応ガス出口から吐出される反応ガスの温度
ｃ：加湿器内において加湿部で反応ガスを加湿する通路を形成する加湿器のハウジングの温度
ｄ：加湿器の反応ガス出口と燃料電池の反応ガス入口とを繋ぐ通路における反応ガスの温度
The control means can adopt a form in which a flow rate limiting operation is performed when the temperature of the reaction gas humidified by the humidification unit reaches a set temperature. In this case, if the flow restricting operation is executed, the moisture contained in the off-gas is effectively restricted from being brought into the humidifier, which is effective in suppressing excess moisture in the humidifier. Here, as the “temperature of the reaction gas humidified by the humidifying unit”, for example, the following a to d can be exemplified, and can be used as a reference temperature in various controls of the fuel cell system.
a: temperature of the reaction gas at the reaction gas inlet of the fuel cell b: temperature of the reaction gas discharged from the reaction gas outlet of the humidifier c: a humidifier that forms a passage for humidifying the reaction gas in the humidifier in the humidifier Housing temperature d: temperature of the reaction gas in the passage connecting the reaction gas outlet of the humidifier and the reaction gas inlet of the fuel cell
また本発明によれば、制御手段は、低温側から高温側にかけて複数の設定温度を設定し、燃料電池システムにおける加湿部で加湿した反応ガスの温度が各設定温度に到達するに伴い流量制限操作を実行する形態を採用することができる。この場合、湿分を含むオフガスが加湿器に急激に且つ過剰に供給されることが抑制されるので、加湿器における湿分の過剰化の抑制に一層効果的である。 Further, according to the present invention, the control means sets a plurality of set temperatures from the low temperature side to the high temperature side, and the flow rate limiting operation is performed as the temperature of the reaction gas humidified by the humidification unit in the fuel cell system reaches each set temperature. The form which performs can be employ | adopted. In this case, since the off gas containing moisture is suppressed from being rapidly and excessively supplied to the humidifier, it is more effective in suppressing excess moisture in the humidifier.
本発明によれば、制御手段は、起動開始からの経過時間または加湿器の温度に応じて流量制限操作を実行する形態を採用することができる。この場合、燃料電池システムの起動時、即ち、加湿器の立上げ時において、湿分を含むオフガスが加湿器のオフガス入口に供給される流量が制限され、加湿器の加湿部の湿分量が過剰になることが抑制される。また、制御手段は、加湿器で加湿された反応ガスの温度が予め決められた温度プロファイルになるように、流量制限操作を実行する形態を採用することができる。この場合においても、湿分を含むオフガスが加湿器のオフガス入口に供給される流量が制限され、加湿器の加湿部の湿分量が過剰になることが抑制される。 According to the present invention, the control means can adopt a mode in which the flow rate limiting operation is executed according to the elapsed time from the start of activation or the temperature of the humidifier. In this case, when the fuel cell system is started up, that is, when the humidifier is started up, the flow rate at which the off gas containing moisture is supplied to the off gas inlet of the humidifier is limited, and the amount of moisture in the humidifier of the humidifier is excessive. Is suppressed. Further, the control means can adopt a form in which the flow rate limiting operation is executed so that the temperature of the reaction gas humidified by the humidifier becomes a predetermined temperature profile. Even in this case, the flow rate at which the off gas containing moisture is supplied to the off gas inlet of the humidifier is limited, and the amount of moisture in the humidifying portion of the humidifier is suppressed from being excessive.
以下、本発明の実施例について図１〜図３を参照して説明する。図１に示すように、スタックを構成する燃料電池１は、高分子膜型の電解質層１０を挟む酸化剤極１１及び燃料極１２を有する。燃料電池１における発電反応では水が生成される。従って、発電反応を経たオフガスは、燃料電池１の発電反応で生じた湿分及び熱を有するものであり、湿度が高いものである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the
レイアウトなどの関係で、加湿器２は燃料電池１に対して距離ＬＡ離間して配置されている。加湿器２は、第１通路２１及び第２通路２２に仕切るシート状の加湿部２３を有するハウジング２０と、加湿部２３で加湿した反応ガスとしての酸化剤ガスを吐出する酸化剤ガス出口２４（反応ガス出口）と、燃料電池１の酸化剤極１１のオフガス出口１１ｐから吐出された酸化剤ガスの発電反応後のオフガスが供給されるオフガス入口２５とを有する。図１では、加湿器２は模式的に図示されているが、実際的には、加湿部２３を介して第１通路２１及び第２通路２２が複数積層されている構造とされている。
The
図１に示すように、加湿器２の酸化剤ガス出口２４と燃料電池１の酸化剤極１１の入口１１ｉとは、所定の長さを有する供給路３で繋がれている。加湿器２のオフガス入口２５と燃料電池１のオフガス出口１１ｐとは、所定の長さをもつオフガス通路４で繋がれている。
As shown in FIG. 1, the
加湿器２のオフガス入口２５から加湿器２内に供給されたオフガスは、加湿器２の第２通路２２に至り、加湿部２３に湿分をあたえる。故に、加湿部２３は湿潤状態となる。加湿器２の第１通路２１に流入された酸化剤ガスは、湿潤状態の加湿部２３により加湿され、加湿器２の酸化剤ガス出口２４から吐出され、供給路３を介して燃料電池１の酸化剤極１１の入口１１ｉに供給される。この酸化剤ガスは酸素含有ガスであり、一般的には空気である。
The off gas supplied from the
図１に示すように、流量制限要素６は燃料電池１のオフガス出口１１ｐと加湿器２のオフガス入口２５との間に設けられており、燃料電池１のオフガス出口１１ｐから吐出されたオフガスが加湿器２に供給される単位時間当たりの流量を制限するものである。具体的には、流量制限要素６は、オフガス通路４の途中部位から分岐すると共にオフガスを加湿器２外に流す迂回通路６１と、迂回通路６１に設けられ迂回通路６１の開度を制御する流体機器としてのバルブ６２とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
バルブ６２はオンオフ式の開閉弁で形成されている。バルブ６２が全閉のときには、燃料電池１から吐出されたオフガスは加湿器２のオフガス入口２５に供給され、迂回通路６１には流れない。これに対してバルブ６２が全開のときには、燃料電池１から吐出されたオフガスの大半は迂回通路６１に流れ、更に、加湿器２のオフガス入口２５にも少量流れるように設定されている。この場合、迂回通路６１に流れる単位時間当たりの流量のうちの例えば２０％以下または１０％以下とすることができる。これは迂回通路６１と加湿器２との流路抵抗の差に基づく。即ち、加湿器２の第２通路２２の流路抵抗が迂回通路６１の流路抵抗よりも遙かに大きいため、バルブ６２が全開のときであっても、オフガスが加湿器２の第２通路２２に少量流れ、これにより加湿部２３が過剰に乾くことが抑制される。
The
迂回通路６１は、燃料電池１のオフガス出口１１ｐと加湿器２のオフガス入口２５との間に設けられており、オフガスが加湿器２のオフガス入口２５を迂回するようにオフガスを流して放出する。
The
制御手段を構成する制御ユニット７は、加湿器２の立上げ時に流量制限要素６を制御してオフガス制御を実行する。オフガス制御においては、オフガスを加湿器２のオフガス入口２５に供給する供給操作と、オフガスが加湿器２のオフガス入口２５に供給される流量を制限する流量制限操作とが実行される。
The control unit 7 constituting the control means controls the
制御ユニット７は、入力処理回路とＣＰＵとメモリと出力処理回路とを有するが、これに限られるものではない。燃料電池システムを制御する制御パラメータとなる加湿部２３で加湿した反応ガスの温度に関する設定温度として、低温側から高温側にかけて複数の温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４が設定されている。ここで本実施例では、加湿部２３で加湿した反応ガスの温度としては、燃料電池１の酸化剤極１１の入口１１ｉを通過する酸化剤ガスの温度とされている。従って、加湿部２３で加湿した反応ガスの温度Ｔを測定するために、燃料電池１の酸化剤極１１の入口１１ｉには温度センサ７０が設けられている。複数の設定温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は制御ユニット７に設定されており、具体的には制御ユニット７のメモリにおける所定のエリアに格納されている。ここで、設定温度としてはＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４となるにつれて、温度が順に高温となる。更に、設定温度Ｔ１に関する時間的パラメータとして設定時間Ａ１が設定されている。設定温度Ｔ２に関する時間的パラメータとして設定時間Ａ２が設定されている。設定温度Ｔ３に関する時間的パラメータとして設定時間Ａ３が設定されている。設定時間Ａ１〜Ａ３は、加湿器２に供給されるオフガスの流量を制限する流量制限操作を実行している時間に相当する。
The control unit 7 includes an input processing circuit, a CPU, a memory, and an output processing circuit, but is not limited thereto. A plurality of temperatures T1, T2, T3, and T4 are set from the low temperature side to the high temperature side as set temperatures related to the temperature of the reaction gas humidified by the
さて、燃料電池システムの起動時には、つまり、加湿器２の立上がり時には、燃料搬送用の第１搬送源１５が駆動するため、燃料ガスが燃料通路１６を介して燃料電池１の燃料極１２に供給される。更に、酸化剤ガス搬送用の第２搬送源１８が駆動するため、反応ガスである酸化剤ガス（一般的には空気）が加湿器２を介して燃料電池１の酸化剤極１１の入口１１ｉに供給される。これにより燃料電池１の内部において発電反応が生じ、電気エネルギが生成される。発電反応後の燃料のオフガスは燃料極１２の出口１２ｐから燃料オフガス通路１７に排出される。発電反応後の酸化剤ガスのオフガスは酸化剤極１１のオフガス出口１１ｐからオフガス通路４に排出される。
Now, when the fuel cell system is started up, that is, when the
加湿器２の立上がり時には、加湿部２３で加湿した反応ガスの温度Ｔの目標温度として、設定温度Ｔ１が制御ユニット７に予め設定されている。そして、温度センサ７０で検知される加湿部２３で加湿した反応ガスの温度Ｔが設定温度Ｔ１に上昇するまで、バルブ６２の閉じ状態は維持される。この結果、燃料電池１のオフガス出口１１ｐから吐出された酸化剤ガスのオフガスは、オフガス通路４を介して、加湿器２のオフガス入口２５から第２通路２２内に供給される。ここでオフガスは発電反応に起因する熱により暖められているため、加湿器２の温度は特性線α１（図２参照）のように次第に昇温する。オフガスに含まれている湿分も加湿器２の第２通路２２に供給されるため、加湿器２の加湿部２３は湿潤度が次第に増加し、加湿器２の加湿能力が高まる。なお特性線α１は、後述する特性線α２、α３、α４と共に、オフガスを加湿器２のオフガス入口２５に供給する供給操作を実行している時間に相当する。
When the
そして、前記した反応ガスの温度Ｔが設定温度Ｔ１を越えて昇温すると、バルブ６２が開放する。この結果、暖かいオフガスが加湿器２のオフガス入口２５に供給されることが制限され、オフガスの大半は迂回通路６１から放出される。これにより加湿器２の昇温は抑制される。この場合、外気の影響を受けて加湿器２の温度は低下する。
When the temperature T of the reaction gas exceeds the set temperature T1, the
そして、反応ガスの温度Ｔが設定温度Ｔ１を基準として降温すると、バルブ６２が閉じる。このため、燃料電池１から吐出された酸化剤ガスの暖かいオフガスは迂回通路６１を流れず、加湿器２のオフガス入口２５に供給され、加湿器２が昇温する。温度Ｔが再び設定温度Ｔ１を越えて昇温すると、バルブ６２が開放し、オフガスの大半は迂回通路６１から放出され、加湿器２の昇温は抑制される。このようなバルブ６２の開閉作動の繰り返しにより、加湿部２３で加湿した反応ガスの温度Ｔは設定温度Ｔ１を目標温度として維持される。
Then, when the temperature T of the reaction gas decreases with reference to the set temperature T1, the
そして設定温度Ｔ１に最初に到達してから設定時間Ａ１が経過すると、今度は、設定温度Ｔ２が加湿部２３で加湿した反応ガスの温度の目標温度として機能する。故に、前記した反応ガスの温度Ｔが設定温度Ｔ２に上昇するまで、バルブ６２は閉じ、暖かいオフガスは迂回通路６１を流れず、加湿器２のオフガス入口２５に供給される。これにより加湿器２は暖められる。このため、加湿器２の温度は特性線α２のように次第に昇温する。オフガスに含まれている湿分も加湿器２の第２通路２２に供給されるため、加湿器２の加湿部２３は湿潤度が次第に増加する。
When the set time A1 elapses after the set temperature T1 is first reached, the set temperature T2 functions as the target temperature of the reaction gas humidified by the
更に、反応ガスの温度Ｔが設定温度Ｔ２を越えて昇温すると、バルブ６２が再び開放し、暖かいオフガスの大半が迂回通路６１に流れる。これにより加湿器２の昇温が抑制され、ひいては反応ガスの温度Ｔの昇温は抑制される。ここで、湿分を有するオフガスの加湿器２への供給が制限されるため、加湿器２における湿分の過剰化も抑制される。そして反応ガスの温度Ｔが設定温度Ｔ２よりも降温すると、バルブ６２が閉じるため、燃料電池１から吐出されたオフガスは、オフガス通路４を介して、加湿器２のオフガス入口２５に供給される。このようなバルブ６２の開閉作動の繰り返しにより、加湿部２３で加湿した反応ガスの温度Ｔは設定温度Ｔ２を目標温度として維持される。
Further, when the temperature T of the reaction gas exceeds the set temperature T2, the
そして設定温度Ｔ２に最初に到達してから設定時間Ａ２経過すると、今度は、設定温度Ｔ３が目標温度として機能する。故に、反応ガスの温度Ｔが設定温度Ｔ３に上昇するまで、バルブ６２が閉じるため、燃料電池１から吐出された暖かいオフガスは、オフガス通路４を介して、加湿器２のオフガス入口２５に供給される。これにより加湿器２は暖められ、加湿器２の温度は特性線α３のように次第に昇温する。オフガスに含まれている湿分も加湿器２の第２通路２２に供給されるため、加湿器２の加湿部２３は湿潤度が次第に増加する。
When the set time A2 has elapsed since the set temperature T2 was first reached, the set temperature T3 now functions as the target temperature. Therefore, since the
そして反応ガスの温度Ｔが設定温度Ｔ３を越えると、バルブ６２が開放し、オフガスの大半は迂回通路６１に流れる。故に、暖かいオフガスが加湿器２のオフガス入口２５に供給されることが制限される。これにより加湿器１の昇温が抑制され、ひいては加湿部２３で加湿した反応ガスの温度の昇温は抑制される。更に、湿分を有するオフガスの加湿器２への供給が制限されるため、加湿器２における湿分の過剰化も抑制される。また、反応ガスの温度Ｔが設定温度Ｔ３よりも降温すると、バルブ６２が閉じ、燃料電池１から吐出された暖かいオフガスは、オフガス通路４を介して、加湿器２のオフガス入口２５に供給されるため、加湿器２は昇温する。
When the temperature T of the reaction gas exceeds the set temperature T3, the
そして設定温度Ｔ３に最初に到達してから設定時間Ａ３経過すると、設定温度Ｔ４が目標温度として機能する。即ち、反応ガスの温度Ｔが設定温度Ｔ４に上昇するまで、バルブ６２が閉じ、燃料電池１から吐出されたオフガスは、オフガス通路４を介して、加湿器２のオフガス入口２５に供給される。これにより加湿器２の温度は特性線α４に示すように次第に昇温する。オフガスに含まれている湿分も加湿器２の第２通路２２に供給されるため、加湿器２の加湿部２３は湿潤度が次第に増加する。
When the set time A3 has elapsed since the set temperature T3 was first reached, the set temperature T4 functions as the target temperature. That is, the
反応ガスの温度Ｔが設定温度Ｔ４を越えると、バルブ６２が開放し、オフガスが加湿器２のオフガス入口２５に供給されることが制限され、暖かいオフガスの大半は迂回通路６１から放出される。これにより加湿器２の過剰昇温は抑制され、加湿部２３で加湿した反応ガスの温度の過剰昇温は抑制される。更に、湿分を有するオフガスの加湿器２への供給が制限されるため、加湿器２における湿分の過剰化も抑制される。反応ガスの温度Ｔが設定温度Ｔ４未満となると、バルブ６２が閉じるため、燃料電池１から吐出されたオフガスは加湿器２のオフガス入口２５に供給され、加湿器２が昇温する。
When the temperature T of the reaction gas exceeds the set temperature T4, the
本実施例によれば、前述したようなバルブ６２の開閉作動の繰り返しにより、加湿部２３で加湿した反応ガスの温度Ｔとしては、図２に示すように、設定温度Ｔ１を目標温度として設定時間Ａ１の間維持され、その後、設定温度Ｔ３を目標温度として設定時間Ａ３の間維持され、その後、設定温度Ｔ４を目標温度（定常運転時における加湿器２の目標温度）として維持される。
According to the present embodiment, the reaction gas temperature T humidified by the
以上説明したように本実施例によれば、加湿器２の立上げ時には、バルブ６２の開閉作動を制御し、オフガスが加湿器２のオフガス入口２５に供給される流量を、本来的に供給できるオフガス流量よりも制限する流量制限操作を実行する。このため、湿分を有するオフガスが過剰に加湿器２に供給されることが抑制され、加湿器２における湿分の過剰化が抑制される。この結果、加湿器２の立上げ時において、燃料電池１の内部におけるフラッディング現象が抑制され、燃料電池１の発電性能が良好に維持される。
As described above, according to the present embodiment, when the
殊に本実施例によれば、前述したように加湿器２は燃料電池１に対して距離ＬＡ離間して配置されており、加湿器２の立上げ時には、燃料電池１から加湿器２への伝熱をあまり期待できないため、加湿器２の温度は低めとなりやすい。このため加湿器２の立上げ時には、加湿器２の温度の割に、加湿器２の湿分量が多めとなるため、燃料電池１ではフラッディング現象が生じるおそれがある。このように加湿器２が燃料電池１に対して離間して配置されているときであっても、上記した流量制限操作を実行すれば、加湿器２の立上げ時において、燃料電池１の内部におけるフラッディング現象が抑制され、燃料電池１の発電性能が良好に維持される。
In particular, according to the present embodiment, as described above, the
図３は制御ユニット７が実行する制御のフローチャートの一例を示す。フローチャートはこれに限定されるものではない。まず、初期の設定温度としてＴ１を設定する（ステップＳ１０２）。温度センサ７０で検知している加湿部２３で加湿した反応ガスの温度Ｔを読み込む（ステップＳ１０４）。温度Ｔが設定温度Ｔを超えているか判定する（ステップＳ１０６）。温度Ｔが設定温度Ｔ１を超えていなければ、越えるまで読み込みを続ける。温度Ｔが設定温度Ｔ１を超えていれば、タイマの計測を開始する（ステップＳ１０８）。タイマとしてはマイコンの内部タイマでも、外部タイマでも良い。更に、バルブ６２を開放させる（ステップＳ１１０）。これにより暖かいオフガスの大半は迂回通路６１に流れるため、加湿器２の昇温は抑制される。
FIG. 3 shows an example of a flowchart of control executed by the control unit 7. The flowchart is not limited to this. First, T1 is set as an initial set temperature (step S102). The temperature T of the reaction gas humidified by the
更に、加湿部２３で加湿した反応ガスの温度Ｔを読み込む（ステップＳ１１２）。温度Ｔと設定温度Ｔ１とを比較する（ステップＳ１１４）。温度Ｔが設定温度Ｔ１を超えていれば（ＹＥＳ）、バルブ６２の開放を維持する。この場合、暖かいオフガスの大半は迂回通路６１から放出される。温度Ｔが設定温度Ｔ１を超えていなければ（ＮＯ）、バルブ６２を閉じる。バルブ６２を閉じれば、湿度を有する暖かいオフガスが加湿器２に供給される。
Further, the temperature T of the reaction gas humidified by the
更に、計測時間が設定時間に到達したか否か判定する（ステップＳ１２０）。設定時間に到達していなければ、設定温度を更新せず、ステップＳ１１２に戻る。計測時間が設定時間に到達していれば、設定温度を高温側に更新する。例えば、設定温度がＴ１であれば、Ｔ２に更新する。設定温度がＴ２であれば、Ｔ３に更新する。設定温度がＴ３であれば、Ｔ４に更新する。そしてタイマをクリアし、計測時間を０に戻す（ステップＳ１２４）。設定温度がＴ４か否か判定し（ステップＳ１２６）、設定温度がＴ４でなければ、ステップＳ１０４に戻り、ステップＳ１０４からステップＳ１２４を実行する。その際、ステップＳ１０６，１１４のＴ１は更新された設定温度に変更されている。ステップＳ１２６において、設定温度がＴ４であると判定されると、定常運転モードに移行する。 Further, it is determined whether or not the measurement time has reached the set time (step S120). If the set time has not been reached, the set temperature is not updated and the process returns to step S112. If the measurement time has reached the set time, the set temperature is updated to the high temperature side. For example, if the set temperature is T1, it is updated to T2. If the set temperature is T2, it is updated to T3. If the set temperature is T3, it is updated to T4. Then, the timer is cleared and the measurement time is returned to 0 (step S124). It is determined whether or not the set temperature is T4 (step S126). If the set temperature is not T4, the process returns to step S104, and steps S104 to S124 are executed. At that time, T1 in steps S106 and S114 is changed to the updated set temperature. If it is determined in step S126 that the set temperature is T4, the operation mode is shifted to the steady operation mode.
図４は実施例２を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有し、図１を準用する。本実施例によれば、設定温度Ｔ１に関する回数的パラメータとして設定回数Ｂ１が設定されている。設定温度Ｔ２に関する回数的パラメータとして設定回数Ｂ２が設定されている。設定温度Ｔ３に関する回数的パラメータとして設定回数Ｂ３が設定されている。ここで、設定回数はその設定温度におけるバルブ６２の開き又は閉じの作動回数を意味する。設定回数Ｂ１〜Ｂ３は、加湿器２に供給されるオフガスの流量を制限している流量制限操作を実行している時間に相当する。
FIG. 4 shows a second embodiment. The present embodiment basically has the same configuration and the same operation and effect as the first embodiment, and FIG. 1 is applied mutatis mutandis. According to the present embodiment, the set number of times B1 is set as a number parameter related to the set temperature T1. A set number of times B2 is set as a frequency parameter for the set temperature T2. A set number of times B3 is set as a frequency parameter for the set temperature T3. Here, the set number of times means the number of opening and closing operations of the
本実施例においても、加湿器２の立上がり時には、予め、加湿部２３で加湿した反応ガスの温度Ｔの目標温度として、設定温度Ｔ１が制御ユニット７に設定されている。そして、その温度Ｔが設定温度Ｔ１に上昇するまで、バルブ６２が閉じる。この結果、燃料電池１の吐出された酸化剤ガスの暖かいオフガスは、オフガス通路４を介して、加湿器２のオフガス入口２５から第２通路２２内に供給される。これにより加湿器２の温度は特性線α１のように次第に昇温する。
Also in the present embodiment, when the
そして、反応ガスの温度Ｔが設定温度Ｔ１を越えて昇温すると、バルブ６２が開放し、暖かいオフガスの大半は迂回通路６１から放出される。これにより加湿器２の昇温は抑制される。この場合、外気の影響を受けて加湿器２の温度は低下する。そして、反応ガスの温度Ｔが設定温度Ｔ１を基準として降温すると、バルブ６２が閉じるため、暖かいオフガスは迂回通路６１を流れず、加湿器２のオフガス入口２５に供給され、加湿器２が昇温する。
When the temperature T of the reaction gas exceeds the set temperature T1, the
そして設定温度Ｔ１に最初に到達してから、バルブ６２の作動回数が設定回数Ｂ１を経過すると、今度は、設定温度Ｔ２が反応ガスの温度Ｔの目標温度として機能する。故に、温度Ｔが設定温度Ｔ２に上昇するまで、バルブ６２は閉じる。この結果、暖かいオフガスは迂回通路６１を流れず、加湿器２のオフガス入口２５に供給され、加湿器２は暖められる。このため加湿器２の温度は特性線α２のように次第に昇温する。
Then, after the set temperature T1 is first reached, when the number of actuations of the
更に、温度Ｔが設定温度Ｔ２を越えて昇温すると、バルブ６２が開放し、暖かいオフガスの大半が迂回通路６１に流れ、加湿器２の昇温が抑制され、ひいては加湿部２３で加湿した反応ガスの温度Ｔの昇温は抑制される。そして温度Ｔが設定温度Ｔ２よりも降温すると、バルブ６２が閉じるため、燃料電池１から吐出された暖かいオフガスは、オフガス通路４を介して、加湿器２のオフガス入口２５に供給される。
Further, when the temperature T rises beyond the set temperature T2, the
そして設定温度Ｔ２に最初に到達してから、バルブ６２の作動回数が設定回数Ｂ２経過すると、今度は、設定温度Ｔ３が目標温度として機能する。故に、温度Ｔが設定温度Ｔ３に上昇するまで、バルブ６２が閉じるため、燃料電池１から吐出された暖かいオフガスは、オフガス通路４を介して、加湿器２のオフガス入口２５に供給される。これにより加湿器２は暖められ、加湿器２の温度は特性線α３のように次第に昇温する。そして温度Ｔが設定温度Ｔ３を越えると、バルブ６２が開放し、オフガスの大半は迂回通路６１に流れる。故に、加湿器１の昇温が抑制され、ひいては加湿部２３で加湿した反応ガスの温度Ｔの昇温は抑制される。反応ガスの温度Ｔが設定温度Ｔ３を基準として降温すると、バルブ６２が閉じ、燃料電池１から吐出された暖かいオフガスは、オフガス通路４を介して、加湿器２のオフガス入口２５に供給されるため、加湿器２は昇温する。
Then, after the set temperature T2 is first reached, when the set number of times B2 elapses, the set temperature T3 functions as the target temperature. Therefore, since the
そして設定温度Ｔ３に最初に到達してから、バルブ６２の作動回数が設定回数Ｂ３経過すると、設定温度Ｔ４が目標温度として機能する。即ち、反応ガスの温度Ｔが設定温度Ｔ４に上昇するまで、バルブ６２が閉じ、燃料電池１から吐出された暖かいオフガスは、オフガス通路４を介して、加湿器２のオフガス入口２５に供給される。これにより加湿器２の温度は特性線α４に示すように次第に昇温する。オフガスに含まれている湿分も加湿器２の第２通路２２に供給されるため、加湿器２の加湿部２３は湿潤度が次第に増加する。反応ガスの温度Ｔが設定温度Ｔ４越えると、バルブ６２が開放し、オフガスが加湿器２のオフガス入口２５に供給されることが制限され、暖かいオフガスの大半は迂回通路６１から放出される。これにより加湿器２の過剰昇温は抑制され、加湿部２３で加湿した反応ガスの温度の過剰昇温は抑制される。更に、湿分を有するオフガスの加湿器２への供給が制限されるため、加湿器２における湿分の過剰化も抑制される。反応ガスの温度Ｔが設定温度Ｔ４を基準として降温すると、バルブ６２が閉じるため、燃料電池１から吐出されたオフガスは加湿器２のオフガス入口２５に供給され、加湿器２が昇温する。
Then, after the set temperature T3 is initially reached, when the set number of times B3 of the operation of the
本実施例によれば、前述したようなバルブ６２の開閉作動により、加湿部２３で加湿した反応ガスの温度Ｔとしては、設定温度Ｔ１を目標温度として設定回数Ｂ１の間維持され、設定温度Ｔ２を目標温度として設定回数Ｂ２の間維持され、設定温度Ｔ３を目標温度として設定回数Ｂ３の間維持され、設定温度Ｔ４を目標温度（定常運転時における加湿器２の目標温度）として維持される。
According to the present embodiment, the temperature T of the reaction gas humidified by the
以上説明したように本実施例においても、実施例１と同様に、加湿器２の立上げ時には、湿分を有する暖かいオフガスが加湿器２のオフガス入口２５に供給される流量を制限することにしている。このため加湿器２における湿分の過剰化が抑制される。この結果、加湿器２の立上げ時において、燃料電池１の内部におけるフラッディング現象が抑制され、燃料電池１の発電性能が良好に維持される。
As described above, also in the present embodiment, when the
なお実施例１，２では、設定温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４とされているが、設定温度としては２種でも、３種でも、５種でも良い。設定温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、ある所定値とされているが、Ｔ１からＴ４へ順に所定の温度幅で変化するように設定しても良い。即ち、設定温度Ｔ１から次の設定温度を設定するときにＴ１に所定の温度幅ΔＴだけ加算する。こうして順次ΔＴを加算して次の設定温度を決める。 In the first and second embodiments, the set temperatures T1, T2, T3, and T4 are used. However, the set temperatures may be two, three, or five. The set temperatures T1, T2, T3, and T4 are set to certain predetermined values, but may be set so as to change sequentially from T1 to T4 with a predetermined temperature range. That is, when the next set temperature is set from the set temperature T1, a predetermined temperature width ΔT is added to T1. In this way, the next set temperature is determined by sequentially adding ΔT.
あるいは、設定温度に所定の温度幅を持たせるように設定しても良い。例えば、Ｔ１について、相対的に高い温度Ｔ１ａ（Ｔ１ａ＝Ｔ１＋α１）と、相対的に低い温度Ｔ１ｂ（Ｔ１ｂ＝Ｔ１−α２）とを設定する。Ｔ１ａ−Ｔ１ｂは、所定間の温度幅とされている。そして、温度Ｔが低温側からＴ１ｂを越えるとき、流量制限操作を実行するように制御する。また、温度Ｔが高温側からＴ１ａよりも低下するとき、流量制限操作を解除するように制御する。これにより、煩雑に流量制限操作することなく、設定温度を維持できる。また、Ｔ２について、相対的に高い温度Ｔ２ａ（Ｔ２ａ＝Ｔ２＋α１）と、相対的に低い温度Ｔ２ｂ（Ｔ２ｂ＝Ｔ２−α２）とを設定し、同様に制御する。設定温度Ｔ３，Ｔ４についても同様にできる。 Alternatively, the set temperature may be set to have a predetermined temperature range. For example, for T1, a relatively high temperature T1a (T1a = T1 + α1) and a relatively low temperature T1b (T1b = T1−α2) are set. T1a-T1b is a predetermined temperature range. And when temperature T exceeds T1b from a low temperature side, it controls so that flow volume control operation may be performed. Moreover, when the temperature T falls below T1a from the high temperature side, control is performed so as to cancel the flow rate restriction operation. Accordingly, the set temperature can be maintained without performing a complicated flow restriction operation. For T2, a relatively high temperature T2a (T2a = T2 + α1) and a relatively low temperature T2b (T2b = T2-α2) are set and controlled in the same manner. The same can be done for the set temperatures T3 and T4.
図５は実施例３を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有し、図１を準用する。本実施例に係るバルブ６２は、流量制御弁であり、１００％開放から０％開放までの間において段階的またはリニア的に流量を調整できるように設定されている。
FIG. 5 shows a third embodiment. The present embodiment basically has the same configuration and the same operation and effect as the first embodiment, and FIG. 1 is applied mutatis mutandis. The
本実施例においても、加湿器２の立上がり時には、設定温度Ｔ１は、加湿部２３で加湿した反応ガスの温度Ｔの目標温度として機能する。温度Ｔが設定温度Ｔ１を越えて昇温するまで、燃料電池１とオフガス入口２５との連通度を増加させるように、バルブ６２の開度は制御される。この結果、燃料電池１の酸化剤極１１から吐出された暖かいオフガスは、オフガス入口２５から加湿器２の第２通路２２に供給される。これにより加湿部２３で加湿した反応ガスの温度は特性線α１のように次第に昇温する。
Also in the present embodiment, when the
温度Ｔが設定温度Ｔ１に到達すると、オフガス出口１１ｐとオフガス入口２５との連通度を減少させるように、バルブ６２の開度が制御される。これは設定時間Ｃ１ぶん行われる。故に、湿分を有する暖かいオフガスが加湿器２のオフガス入口２５に供給されることが抑制される。この結果、加湿部２３で加湿した反応ガスの温度Ｔの昇温は特性線γ１のように抑えられる。温度の上昇勾配としては、特性線α１＞特性線γ１である。
When the temperature T reaches the set temperature T1, the opening degree of the
そして反応ガスの温度Ｔが設定温度Ｔ１に最初に到達してから、設定時間Ｃ１経過すると、設定温度Ｔ２が加湿部２３で加湿した反応ガスの温度の目標温度として機能する。温度Ｔが設定温度Ｔ２を越えて昇温するまで、オフガス出口１１ｐとオフガス入口２５との連通度を増加させるように、バルブ６２の開度は制御される。この結果、燃料電池１の酸化剤極１１から吐出されたオフガスは、オフガス通路４を流れ、加湿器２のオフガス入口２５から第２通路２２に供給され、加湿部２３で加湿した反応ガスの温度Ｔは特性線α２のように昇温する。
When the set time C1 elapses after the reaction gas temperature T first reaches the set temperature T1, the set temperature T2 functions as the target temperature of the reaction gas humidified by the
そして、温度Ｔが設定温度Ｔ２に到達すると、オフガス出口１１ｐとオフガス入口２５との連通度を減少させるように、バルブ６２の開度が制御される。これは、温度Ｔが設定温度Ｔ１に最初に到達してから設定時間Ｃ２ぶん行われる。故に、オフガスが加湿器２のオフガス入口２５に供給されることが抑制される。この場合、加湿部２３で加湿した反応ガスの温度の昇温は特性線γ２のように抑えられる。温度の上昇勾配としては、特性線α２＞特性線γ２である。
When the temperature T reaches the set temperature T2, the opening degree of the
そして温度Ｔが設定温度Ｔ２に最初に到達してから、設定時間Ｃ２経過すると、設定温度Ｔ３が加湿部２３で加湿した反応ガスの温度Ｔの目標温度として機能する。そして温度Ｔが設定温度Ｔ３を越えて昇温するまで、オフガス出口１１ｐとオフガス入口２５との連通度を増加させるように、バルブ６２の開度は制御される。この結果、燃料電池１の酸化剤極１１から吐出されたオフガスは、加湿器２のオフガス入口２５から第２通路２２に供給され、加湿部２３で加湿した反応ガスの温度は特性線α３のように次第に昇温する。加湿部２３で加湿した反応ガスの温度が設定温度Ｔ３に到達すると、オフガス出口１１ｐとオフガス入口２５との連通度を減少させるように、バルブ６２の開度が制御される。これは、加湿部２３で加湿した反応ガスの温度が設定温度Ｔ３に最初に到達してから設定時間Ｃ３ぶん行われる。故に、湿分を有する暖かいオフガスが加湿器２のオフガス入口２５に供給されることが抑制される。この場合、加湿部２３で加湿した反応ガスの温度の昇温は特性線γ３のように抑えられる。温度の上昇勾配としては、特性線α３＞特性線γ３である。
When the set time C2 elapses after the temperature T first reaches the set temperature T2, the set temperature T3 functions as a target temperature of the temperature T of the reaction gas humidified by the
そして設定時間Ｃ３経過した後に、設定温度Ｔ４が温度Ｔの目標温度として機能する。温度Ｔが設定温度Ｔ４に上昇するまで、オフガス出口１１ｐとオフガス入口２５との連通度を増加させるように、バルブ６２の開度は制御される。この結果、燃料電池１の酸化剤極１１から吐出されたオフガスは、加湿器２のオフガス入口２５から第２通路２２に供給され、加湿部２３で加湿した反応ガスの温度は特性線α４のように次第に昇温する。本実施例によれば、設定時間Ｃ１〜Ｃ３は、加湿器２に供給されるオフガスの流量を制限している流量制限操作を実行している時間に相当する。
Then, after the set time C3 has elapsed, the set temperature T4 functions as the target temperature of the temperature T. Until the temperature T rises to the set temperature T4, the opening degree of the
本実施例によれば、図５における特性線α１、α２、α３、α４の領域では、バルブ６２は全開状態またはそれに近い状態とされている。これに対して、図５における特性線γ１，γ２，γ３の領域では、バルブ６２の開度は全開ではなく、実施例１に係るＡ１〜Ａ３の領域（または実施例２に係るＢ１〜Ｂ３の領域）における開度よりも開いた状態と全開状態との間の中間の開度とされている。
According to the present embodiment, the
以上説明したように本実施例によれば、加湿器２の立上げ時には、バルブ６２の開度を制御し、湿分を有する暖かいオフガスが加湿器２のオフガス入口２５に供給される流量を制限する流量制限操作を実行する。このため加湿器２における湿分の過剰化が抑制される。この結果、加湿器２の立上げ時において、燃料電池１の内部におけるフラッディング現象が抑制され、燃料電池１の発電性能が良好に維持される。
As described above, according to the present embodiment, when the
図６は実施例４を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。本実施例においては、図６に示すように、流量制限要素６は、燃料電池１のオフガス出口１１ｐと加湿器２のオフガス入口２５とを繋ぐオフガス通路４から分岐する迂回通路６１と、オフガス通路４と迂回通路６１との分岐部に設けられたバルブ６２とを備えている。このバルブ６２は、燃料電池１から吐出された酸化剤ガスのオフガスを加湿器２のオフガス入口２５に流す形態と、オフガスを迂回通路６１に流す形態とに切り替える切替バルブとされている。
FIG. 6 shows a fourth embodiment. The present embodiment basically has the same configuration and the same function and effect as the first embodiment. In this embodiment, as shown in FIG. 6, the
本実施例においても、加湿器２の立上げ時には、バルブ６２の開閉作動を制御し、オフガスが加湿器２のオフガス入口２５に供給される流量を、本来的に供給できるオフガス流量よりも制限する流量制限操作を実行する。このため、湿分を有するオフガスが過剰に加湿器２に供給されることが抑制され、加湿器２における湿分の過剰化が抑制される。この結果、加湿器２の立上げ時において、燃料電池１の内部におけるフラッディング現象が抑制され、燃料電池１の発電性能が良好に維持される。場合によっては、分岐部に設けられたバルブ６２としては、加湿器２のオフガス入口２５及び迂回通路６１にオフガスを分配する比率を調整できる流量分配バルブとしても良い。
Also in the present embodiment, when the
（他の実施例）
図７（Ａ）〜図７（Ｄ）は他の実施例に係り、加湿器２の温度についての制御形態を示すグラフを示す。特性線ＴＳはスタックの温度を示す。特性線ＴＨは加湿器２の温度を示す。図７（Ａ）に示す実施例によれば、図８に示す従来の昇温速度よりも遅くなるように、流量制限操作により加湿器２の温度が連続的に昇温するように温度制御する。この場合、バルブ６２としては、オンオフ式でも良いし、通過流量を可変に絞る式でも良い。また、図７（Ｂ）に示す実施例によれば、図８に示す従来の昇温速度よりも遅くなるように、１段階目の流量制限操作と２段階目の流量制限操作により、加湿器２の温度が２段階的に昇温するように温度制御する。あるいは、２段階的に昇温するのではなく、図８に示す従来の昇温速度よりも遅くなるように、曲線的に昇温させることにしても良い。この場合、バルブ６２としては、オンオフ式でも良いし、通過流量を可変に絞る式でも良い。
(Other examples)
FIGS. 7A to 7D show graphs showing control modes for the temperature of the
図７（Ｃ）に示す実施例によれば、図８に示す従来の昇温速度よりも遅くなるように、所定時間ｔｘだけ流量制限操作するように温度制御する。この場合、バルブ６２としては、通過流量を可変に絞る式が好ましい。時間ｔｘ以後は、流量制限操作を実行しない。時間ｔｘ以後は、加湿器２の温度が昇温しているため、燃料電池１における過剰なフラッディングが抑えられるためである。また、図７（Ｄ）に示す実施例によれば、図８に示す従来の昇温速度よりも遅くなるように、バルブ６２の流量操作により加湿器２に少量のオフガスが流れるようにし、設定温度Ｔ４になるまで流量制限操作するように温度制御する。上記したように加湿器２で加湿された反応ガスの温度が予め決められた図７（Ａ）〜図７（Ｄ）に示す温度プロファイルになるように、制御手段は、流量制限操作を実行する。
According to the embodiment shown in FIG. 7C, the temperature is controlled so that the flow rate is limited for a predetermined time tx so as to be slower than the conventional temperature increase rate shown in FIG. In this case, the
上記した実施例によれば、加湿部２３で加湿した反応ガスの温度Ｔとしては、燃料電池１の酸化剤極１１の入口１１ｉを通過する酸化剤ガスの温度とされており、その温度Ｔを測定するために、燃料電池１の酸化剤極１１の入口１１ｉに温度センサ７０が設けられている。しかしながらこれに限らず、加湿器２の酸化剤ガス出口２４に温度センサを設け、加湿器２の酸化剤ガス出口２４から吐出される酸化剤ガスの温度を温度Ｔとして測定しても良い。あるいは、加湿器２の第１通路２１内に温度センサを設け、第１通路２１の温度を温度Ｔとして測定しても良い。あるいは、加湿器２の第１通路２１を形成するハウジングに温度センサを設け、そのハウジングの温度を温度Ｔとして測定しても良い。あるいは、加湿器２と燃料電池１とを繋ぐ供給路３に温度センサを設け、供給路３を流れる酸化剤ガスの温度を温度Ｔとして測定しても良い。
According to the above-described embodiment, the temperature T of the reaction gas humidified by the
上記した実施例では、酸化剤ガスの加湿に適用しているが、これに限らず、燃料ガスの加湿に適用しても良い。上記した実施例では、燃料電池１と加湿器２とは離間して配置されているが、これに限らず、燃料電池１と加湿器２とは一体的に組み込まれていても良い。その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。
In the above-described embodiment, the present invention is applied to humidification of the oxidant gas, but is not limited thereto, and may be applied to humidification of the fuel gas. In the above-described embodiment, the
本発明は例えば定置用、車両用、電気機器用、電子機器用、携帯用の燃料電池システムに利用することができる。 The present invention can be used in, for example, stationary fuel cells, vehicles, electric devices, electronic devices, and portable fuel cell systems.
１は燃料電池、２は加湿器、２４は酸化剤ガス出口（反応ガス出口）、２５はオフガス入口、６は流量制御要素、６１は迂回通路、６２はバルブ、７は制御ユニット（制御手段）を示す。 1 is a fuel cell, 2 is a humidifier, 24 is an oxidant gas outlet (reaction gas outlet), 25 is an off-gas inlet, 6 is a flow control element, 61 is a bypass passage, 62 is a valve, 7 is a control unit (control means) Indicates.
Claims (8)
前記燃料電池に供給する反応ガスを加湿する加湿部と、前記加湿部で加湿した反応ガスを前記燃料電池に供給する反応ガス出口と、前記燃料電池から吐出された反応ガスの発電反応後のオフガスが供給されるオフガス入口とを有する加湿器とを具備する燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池から吐出されたオフガスが前記加湿器の前記オフガス入口に供給される流量を制限する流量制限要素と、
前記加湿器の立上げ時に前記流量制限要素を制御し、オフガスが前記加湿器の前記オフガス入口に供給される流量を制限する流量制限操作を含むオフガス制御を実行する制御手段とを具備していることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell;
A humidifying unit for humidifying a reaction gas supplied to the fuel cell, a reaction gas outlet for supplying the reaction gas humidified by the humidification unit to the fuel cell, and an off-gas after a power generation reaction of the reaction gas discharged from the fuel cell A fuel cell system comprising a humidifier having an off-gas inlet supplied with
A flow rate limiting element for limiting a flow rate at which off gas discharged from the fuel cell is supplied to the off gas inlet of the humidifier;
Control means for controlling the flow rate limiting element when starting up the humidifier and performing off gas control including a flow rate limiting operation for limiting the flow rate of off gas supplied to the off gas inlet of the humidifier. A fuel cell system.
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| JP2015210871A (en) * | 2014-04-24 | 2015-11-24 | 本田技研工業株式会社 | Fuel battery system |
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2005
- 2005-03-16 JP JP2005074273A patent/JP2006260863A/en active Pending
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