JP2007012388A - Fuel cell system and its operation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムとその運転方法に関し、特に、その流路の凍結対策に関する。 The present invention relates to a fuel cell system and a method for operating the fuel cell system, and more particularly to measures against freezing of the flow path.
燃料電池システムにおいては、電気化学反応によって生成水が生じることになるが、この生成水は、例えば燃料電池の運転を停止した時に、反応オフガスの排出路の温度が低下して排出路内の飽和水蒸気圧が低下するにつれ排出路内で凝縮することになる。このように凝縮した生成水が排出路内に残留した状態のままでシステムを放置すると、外気温が氷点下となって排出路が冷却された場合には、生成水の凍結により排出路が狭められたり、閉塞されてしまう可能性がある。 In the fuel cell system, generated water is generated by an electrochemical reaction. This generated water, for example, when the operation of the fuel cell is stopped, the temperature of the discharge path of the reaction off-gas decreases and the generated water is saturated. As the water vapor pressure decreases, it will condense in the discharge path. If the system is left with the condensed water remaining in the discharge channel in this way, the discharge channel is narrowed by freezing of the generated water when the discharge temperature is cooled because the outside air temperature is below freezing. Or may be blocked.
このため、このような生成水の凍結による排出路の詰まりを抑制すべく、凝縮水の融点を下げるための添加剤として例えば改質用のメタノールを凝縮水に添加する技術が開示されている(例えば特許文献1参照)。
しかしながら、上記のように、凝縮水の融点を下げるためにメタノール等の添加剤を凝縮水に添加するものであると、当然のことながらメタノール等の添加剤が無駄に消費されることになってしまう。また、排出路の詰まりの原因は必ずしも生成水の凍結であるとは限らないが、このような生成水の凍結以外の原因による詰まりには対処できなくなってしまう。かかる生成水の凍結以外の原因としては、例えば排出口を介して外部から異物が排出路に入った場合等が挙げられる。 However, as described above, if an additive such as methanol is added to the condensed water in order to lower the melting point of the condensed water, the additive such as methanol is naturally consumed wastefully. End up. Further, the cause of the clogging of the discharge path is not necessarily the freezing of the generated water, but it becomes impossible to cope with the clogging caused by the cause other than the freezing of the generated water. As a cause other than the freezing of the generated water, for example, a case where foreign matter enters the discharge path from the outside through the discharge port can be cited.
そこで、本発明は、融点を下げるための添加剤が不要であり、種々の原因による排出路の詰まりに対処可能な燃料電池システムとその運転方法の提供を目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel cell system and an operation method thereof that do not require an additive for lowering the melting point and can cope with clogging of the discharge path due to various causes.
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、燃料電池に反応ガスを供給する供給路と、前記燃料電池から排出される反応オフガスを排出する排出路とを有するものであって、前記排出路および前記供給路を連通する連通路と、該連通路において前記供給路から前記排出路へのガスの流れを制限する一方、前記排出路から前記供給路へのガスの流れを許容する弁とを有することを特徴としている。 In order to achieve the above object, a fuel cell system of the present invention has a supply path for supplying a reaction gas to a fuel cell, and a discharge path for discharging a reaction off-gas discharged from the fuel cell, A communication path that connects the discharge path and the supply path, and restricts a gas flow from the supply path to the discharge path in the communication path, while allowing a gas flow from the discharge path to the supply path. And a valve.
この構成によれば、供給路と排出路とを連通する連通路において供給路から排出路へのガスの流れを制限する一方、排出路から供給路へのガスの流れを許容する弁が設けられているため、排出路に詰まりが生じると、この弁によって排出路から供給路へ反応オフガスを流すことになる。その結果、運転状態を維持することが可能となる。これにより、添加剤等を使用する必要がなくなり、また、生成水の凍結以外の原因による詰まりにも対処可能となる。 According to this configuration, the communication path that connects the supply path and the discharge path is provided with a valve that restricts the gas flow from the supply path to the discharge path while allowing the gas flow from the discharge path to the supply path. Therefore, when the discharge passage is clogged, the reaction off gas flows from the discharge passage to the supply passage by this valve. As a result, the operating state can be maintained. Thereby, it becomes unnecessary to use an additive etc., and it becomes possible to cope with clogging caused by causes other than freezing of generated water.
この場合、前記弁は、前記排出路内の圧力が所定値を超えた場合にのみ前記排出路から前記供給路へのガスの流れを許容するのが好ましい。 In this case, it is preferable that the valve allows the gas flow from the discharge path to the supply path only when the pressure in the discharge path exceeds a predetermined value.
この構成によれば、排出路内の圧力が所定値を超えた場合、つまり排出路側に詰まりが生じた場合にのみ排出路から供給路へのガスの流れを許容するため、正常時に運転効率を下げてしまうことがない。 According to this configuration, since the gas flow from the discharge path to the supply path is allowed only when the pressure in the discharge path exceeds a predetermined value, that is, when the clogging occurs on the discharge path side, the operation efficiency is improved during normal operation. There is no lowering.
また、本発明の燃料電池システムは、燃料電池に反応ガスを供給する供給路と、前記燃料電池から排出される反応オフガスを排出する排出路とを有するものであって、前記排出路および前記供給路を連通する連通路と、該連通路を開閉する電磁弁と、前記電磁弁の開閉状態を制御する制御手段とを有する構成としても良い。 The fuel cell system of the present invention includes a supply path for supplying a reaction gas to the fuel cell, and a discharge path for discharging a reaction off-gas discharged from the fuel cell, wherein the discharge path and the supply It is good also as a structure which has a communicating path which connects a path | route, an electromagnetic valve which opens and closes this communicating path, and a control means which controls the open / close state of the said electromagnetic valve.
この構成によれば、制御手段が、例えば外気温や排出路の圧力に応じて、排出路に詰まりが生じると判断できる状況では、供給路と排出路とを連通する連通路に設けられた電磁弁を開いて排出路から供給路へ連通路を介して反応オフガスを流すことになる。その結果、運転状態を維持することが可能となる。これによっても、添加剤等を使用する必要がなくなり、また、生成水の凍結以外の原因による詰まりにも対処可能となる。 According to this configuration, in a situation where the control means can determine that the discharge path is clogged, for example, according to the outside air temperature or the pressure of the discharge path, the electromagnetic means provided in the communication path that connects the supply path and the discharge path. The valve is opened and the reaction off gas flows from the discharge path to the supply path via the communication path. As a result, the operating state can be maintained. This also eliminates the need for using additives and the like, and makes it possible to cope with clogging caused by causes other than freezing of the produced water.
さらに、前記排出路に消音器が設けられている場合に、前記連通路は前記排出路における前記消音器よりも上流側に連通しているのが好ましい。 Furthermore, when a silencer is provided in the discharge path, the communication path preferably communicates with the upstream side of the silencer in the discharge path.
この構成によれば、燃料電池システムは反応オフガスの流量が非常に多く、かつ合成樹脂製の消音器が用いられることから、排出路に詰まりが生じた場合に消音器に高い圧力がかかって破損等を生じてしまうことを防止できる。 According to this configuration, the fuel cell system has a very high reaction off-gas flow rate, and a synthetic resin silencer is used. Therefore, when the discharge path is clogged, the silencer is damaged by high pressure. Etc. can be prevented.
加えて、前記供給路に不純物除去部が設けられている場合に、前記連通路は前記供給路における前記不純物除去部よりも上流側に連通しているのが好ましい。 In addition, when the impurity removal part is provided in the supply path, it is preferable that the communication path communicates with the upstream side of the impurity removal part in the supply path.
この構成によれば、排出路から連通路を介して供給路に流れる反応オフガスにダストや燃料電池およびそれに連通する配管要素からの剥離物等が混入している場合にそれを除去することができる。 According to this configuration, when dust, fuel cells, and exfoliation from piping elements communicating with the reaction off gas flowing from the discharge path to the supply path via the communication path are mixed, it can be removed. .
また、本発明の燃料電池システムは、燃料電池に反応ガスを供給する供給路と、前記燃料電池から排出される反応オフガスを排出する排出路とを有するものであって、前記排出路から分岐して外部に開口する分岐排出路と、該分岐排出路において外部から前記排出路へのガスの流れは制限する一方、前記排出路から外部へのガスの流れを許容する弁とを有する構成としても良い。 The fuel cell system of the present invention includes a supply path for supplying a reaction gas to the fuel cell and a discharge path for discharging a reaction off-gas discharged from the fuel cell, and is branched from the discharge path. And a branch discharge passage that opens to the outside, and a valve that restricts the flow of gas from the outside to the discharge passage in the branch discharge passage and allows the gas flow from the discharge passage to the outside. good.
この構成によれば、排出路から分岐して外部に開口する分岐排出路において外部から排出路へのガスの流れを制限する一方、排出路から外部へのガスの流れを許容する弁が設けられているため、排出路に詰まりが生じると、この弁によって排出路から分岐排出路を介して外部へ反応オフガスを流すことになる。その結果、運転状態を維持することが可能となる。これによっても、添加剤等を使用する必要がなくなり、また、生成水の凍結以外の原因による詰まりにも対処可能となる。 According to this configuration, there is provided a valve that restricts the gas flow from the outside to the discharge path in the branch discharge path that branches from the discharge path and opens to the outside, while allowing the gas flow from the discharge path to the outside. Therefore, when the discharge passage is clogged, the reaction off-gas flows from the discharge passage to the outside through the branch discharge passage by this valve. As a result, the operating state can be maintained. This also eliminates the need for using additives and the like, and makes it possible to cope with clogging caused by causes other than freezing of the produced water.
この場合も、前記弁は、前記排出路内の圧力が所定値を超えた場合のみ前記排出路から前記分岐排出路を介しての外部へのガスの流れを許容するのが好ましい。 Also in this case, it is preferable that the valve allows the gas flow from the discharge passage to the outside through the branch discharge passage only when the pressure in the discharge passage exceeds a predetermined value.
この構成によれば、排出路内の圧力が所定値を超えた場合、つまり排出路側に詰まりが生じた場合にのみ排出路から分岐排出路を介しての外部へのガスの流れを許容するため、正常時には分岐排出路を介してのガスの排出を規制できる。 According to this configuration, in order to allow the gas flow from the discharge path to the outside through the branch discharge path only when the pressure in the discharge path exceeds a predetermined value, that is, when the discharge path side is clogged. During normal operation, gas discharge through the branch discharge path can be regulated.
また、この場合も、前記排出路に消音器が設けられている場合に、前記分岐排出路は前記排出路における前記消音器よりも上流側から分岐しているのが好ましい。 Also in this case, when a silencer is provided in the discharge path, the branch discharge path is preferably branched from the upstream side of the silencer in the discharge path.
この構成によれば、特に合成樹脂製の消音器を用いた場合に、消音器に高い圧力がかかって破損等を生じてしまうことを防止できる。 According to this configuration, particularly when a silencer made of a synthetic resin is used, it is possible to prevent the silencer from being damaged due to high pressure.
また、本発明の燃料電池システムの運転方法は、燃料電池に反応ガスを供給する供給路と、前記燃料電池から排出される反応オフガスを排出する排出路とを有する燃料電池システムの運転方法であって、前記排出路内のガス圧が所定圧力以上になると、該排出路からその外部へ前記反応オフガスの一部を排気することを特徴としている。 The operating method of the fuel cell system of the present invention is an operating method of a fuel cell system having a supply path for supplying a reaction gas to the fuel cell and an exhaust path for discharging a reaction off gas discharged from the fuel cell. Then, when the gas pressure in the exhaust passage becomes equal to or higher than a predetermined pressure, a part of the reaction off gas is exhausted from the exhaust passage to the outside.
この場合、前記排出路から外部へ排気された前記反応オフガスの少なくとも一部を前記供給路に供給することが好ましい。 In this case, it is preferable that at least a part of the reaction off gas exhausted to the outside from the discharge path is supplied to the supply path.
本発明によれば、融点を下げるための添加剤が不要となり、種々の原因による排出路の詰まりに対処可能となる。 According to the present invention, an additive for lowering the melting point becomes unnecessary, and it becomes possible to cope with clogging of the discharge path due to various causes.
まず、本発明を実施するための好適な第1実施形態について、図1を参照しながら説明する。以下、本発明を燃料電池車両の車載発電システムに適用した場合について説明するが、本発明はこのような適用例に限らず、船舶,航空機,歩行ロボット等のあらゆる移動体への適用や、例えば燃料電池が建物(住宅、ビル等)用の発電設備として用いられる定置用発電システムへの適用も可能である。 First, a preferred first embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to FIG. Hereinafter, the case where the present invention is applied to an in-vehicle power generation system of a fuel cell vehicle will be described. However, the present invention is not limited to such an application example, and may be applied to any moving body such as a ship, an aircraft, a walking robot, Application to a stationary power generation system in which a fuel cell is used as a power generation facility for a building (house, building, etc.) is also possible.
図1に本燃料電池システムの要部のシステム構成図を示す。この図に示すように、燃料電池システムは、燃料電池10に燃料ガスである水素ガスを供給する配管11、燃料電池10を通過後の水素オフガスを案内する配管12、酸化ガス(反応ガス)としての空気を供給する供給配管(供給路)13および燃料電池10を通過後の空気オフガスを排出する排出配管(排出路)14と、燃料電池10を冷却するための図示略の冷却系配管を備えて構成されている。 FIG. 1 shows a system configuration diagram of the main part of the fuel cell system. As shown in this figure, the fuel cell system includes a pipe 11 for supplying hydrogen gas as a fuel gas to the fuel cell 10, a pipe 12 for guiding hydrogen off-gas after passing through the fuel cell 10, and an oxidizing gas (reactive gas). A supply pipe (supply path) 13 for supplying air, a discharge pipe (discharge path) 14 for discharging air off-gas after passing through the fuel cell 10, and a cooling system pipe (not shown) for cooling the fuel cell 10 are provided. Configured.
燃料電池10は、図示は略すが、水素ガス、空気、冷却水の流路を有するセパレータと、一対のセパレータで挟み込まれたMEA(Membrane Electrode Assembly)とから構成されるセルを複数積層したスタック構造を備えている。 Although not shown, the fuel cell 10 has a stack structure in which a plurality of cells each composed of a separator having a flow path of hydrogen gas, air, and cooling water and a MEA (Membrane Electrode Assembly) sandwiched between a pair of separators are stacked. It has.
燃料電池10に酸化ガスとしての空気を供給するための供給配管13には、外部に開口する吸込口20と燃料電池10との間位置にエアクリーナ(不純物除去部)21が設けられており、このエアクリーナ21と燃料電池10との間位置にエアコンプレッサ22が設けられている。これにより、エアコンプレッサ22が駆動されると、供給配管13は、空気を吸込口20から吸い込みエアクリーナ21でダスト等を捕捉した後に燃料電池10に導入する。 An air cleaner (impurity removal unit) 21 is provided in the supply pipe 13 for supplying air as an oxidizing gas to the fuel cell 10 at a position between the suction port 20 opened to the outside and the fuel cell 10. An air compressor 22 is provided between the air cleaner 21 and the fuel cell 10. Accordingly, when the air compressor 22 is driven, the supply pipe 13 sucks air from the suction port 20 and captures dust and the like with the air cleaner 21 and then introduces the dust into the fuel cell 10.
ここで、供給配管13は、吸込口20が車体24の外に臨んで設けられているが、少なくともエアクリーナ21よりも燃料電池10側は、外気の影響を受けにくい車体24内に設けられている。 Here, the supply pipe 13 is provided with the suction port 20 facing the outside of the vehicle body 24, but at least the fuel cell 10 side than the air cleaner 21 is provided in the vehicle body 24 that is not easily affected by outside air. .
また、燃料電池10を通過した空気を排出するための排出配管14には、外部に開口する排出口26と燃料電池10との間に空気オフガスの排出音を抑えるための合成樹脂製のマフラ(消音器)27が設けられている。ここで、排出配管14は排出口26およびマフラ27が車体24の外に臨んで設けられているが、マフラ27よりも燃料電池10側は、外気の影響を受けにくい車体24内に設けられている。 Further, the exhaust pipe 14 for exhausting the air that has passed through the fuel cell 10 is provided with a muffler made of a synthetic resin (which suppresses the exhaust sound of the air off gas between the exhaust port 26 opened to the outside and the fuel cell 10 ( A muffler 27 is provided. Here, the discharge pipe 14 is provided with the discharge port 26 and the muffler 27 facing the outside of the vehicle body 24, but the fuel cell 10 side of the muffler 27 is provided in the vehicle body 24 that is not easily affected by outside air. Yes.
そして、第1実施形態においては、酸化ガス供給側の供給配管13と排出配管14とを連通する連通配管(連通路)30が設けられている。この連通配管30は、一端側が供給配管13におけるエアクリーナ21よりも上流側に連通しており、他端側が排出配管14におけるマフラ27よりも上流側に連通している。この連通配管30も外気の影響を受けにくい車体24内に設けられている。 In the first embodiment, a communication pipe (communication path) 30 that connects the supply pipe 13 and the discharge pipe 14 on the oxidizing gas supply side is provided. The communication pipe 30 has one end communicating with the upstream side of the air cleaner 21 in the supply pipe 13 and the other end communicating with the upstream side of the muffler 27 in the discharge pipe 14. The communication pipe 30 is also provided in the vehicle body 24 that is not easily affected by outside air.
この連通配管30には、連通配管30を介しての供給配管13から排出配管14へのガスの流れを制限する一方、連通配管30を介しての排出配管14から供給配管13へのガスの流れを許容するリリーフ弁(弁)32が設けられている。このリリーフ弁32は、排出配管14内の圧力が予め設定された所定値を超えた場合にのみ開弁して排出配管14から供給配管13へのガスの流れを許容する。 The communication pipe 30 restricts the gas flow from the supply pipe 13 to the discharge pipe 14 through the communication pipe 30, while the gas flow from the discharge pipe 14 to the supply pipe 13 through the communication pipe 30. A relief valve (valve) 32 is provided. The relief valve 32 opens only when the pressure in the discharge pipe 14 exceeds a predetermined value set in advance, and allows the gas to flow from the discharge pipe 14 to the supply pipe 13.
リリーフ弁32は、図示略のスプリングの付勢力で閉弁するもので、その上流側(排出配管14側)と下流側(供給配管13側)との圧力差が、上流側が下流側よりもスプリングの付勢力に基づく所定値を超えて高くなると機械的に開弁する。そして、連通配管30のリリーフ弁32よりも供給配管13側が吸込口20に連通して基本的に常に大気圧となっているため、リリーフ弁32は排出配管14内の圧力が予め設定された所定値を超えた場合にのみ開弁することになる。 The relief valve 32 is closed by an urging force of a spring (not shown). The pressure difference between the upstream side (discharge pipe 14 side) and the downstream side (supply pipe 13 side) is higher than the downstream side. When the pressure exceeds a predetermined value based on the urging force, the valve is mechanically opened. Since the supply pipe 13 side of the communication pipe 30 is connected to the suction port 20 with respect to the relief valve 32 and is basically always at atmospheric pressure, the relief valve 32 has a predetermined pressure in which the pressure in the discharge pipe 14 is set in advance. The valve is opened only when the value is exceeded.
なお、上記した所定値は、正常運転時に排出配管14内の圧力がマフラ27による排気抵抗によって若干上昇しても、リリーフ弁32が閉弁状態を維持するように設定されている。 The predetermined value is set so that the relief valve 32 is kept closed even if the pressure in the discharge pipe 14 is slightly increased by the exhaust resistance by the muffler 27 during normal operation.
上記構成とすることにより、マフラ27あるいは排出口26が雪や燃料電池10の生成水の凍結等の何らかの外部要因で閉塞されてしまうと、排出配管14内の圧力が上昇することになり、この圧力が所定値を超えた時点でリリーフ弁32が開弁する。これにより、空気オフガスが連通配管30を介して供給配管13側に流れ、エアクリーナ21でダスト等が除去された状態で燃料電池10に、外気と混合された状態で導入されるので、燃料電池10は発電を継続することになる。 With the above configuration, if the muffler 27 or the discharge port 26 is blocked by some external factor such as snow or freezing of the generated water of the fuel cell 10, the pressure in the discharge pipe 14 will increase. When the pressure exceeds a predetermined value, the relief valve 32 opens. As a result, the air off-gas flows to the supply pipe 13 side through the communication pipe 30 and is introduced into the fuel cell 10 in a state where dust and the like are removed by the air cleaner 21 and mixed with the outside air. Will continue to generate electricity.
以上に述べた第1実施形態によれば、酸化ガス供給側の供給配管13と排出配管14とを連通する連通配管30において供給配管13から排出配管14へのガスの流れを制限する一方、排出配管14から供給配管13へのガスの流れを許容するリリーフ弁32が設けられているため、排出配管14に詰まりが生じて急激な圧力上昇が生じても、連通配管30およびリリーフ弁32によって排出配管14から供給配管13へ瞬時に空気オフガスを流して圧力を逃がすことができる。 According to the first embodiment described above, the flow of gas from the supply pipe 13 to the discharge pipe 14 is restricted in the communication pipe 30 that connects the supply pipe 13 and the discharge pipe 14 on the oxidizing gas supply side, while the discharge pipe 14 is discharged. Since the relief valve 32 that allows the gas flow from the pipe 14 to the supply pipe 13 is provided, even if the discharge pipe 14 is clogged and a sudden pressure rise occurs, the relief pipe 32 and the relief valve 32 discharge. The air off gas can be instantaneously flowed from the pipe 14 to the supply pipe 13 to release the pressure.
その結果、運転状態を維持することが可能となり、移動体の路肩等への回避走行が可能となり、さらには近隣のメンテナンス工場への走行等も可能となる。これにより、添加剤等を使用する必要がなくなり、また、生成水の凍結以外の原因(例えば雪)による詰まりにも対処可能となる。 As a result, it is possible to maintain the driving state, and it is possible to avoid traveling on the shoulder of the moving body, and further, it is possible to travel to a nearby maintenance factory. Thereby, it is not necessary to use an additive or the like, and it is possible to cope with clogging caused by causes other than freezing of generated water (for example, snow).
また、リリーフ弁32は、排出配管14内の圧力が所定値を超えた場合、つまり排出配管14側に詰まりが生じた場合にのみ排出配管14から供給配管13へのガスの流れを許容するため、正常時に排出配管14内の圧力がマフラ27による排気抵抗によって上昇しても、リリーフ弁32は開弁することがなく、運転効率を下げてしまうことがない。 Further, the relief valve 32 allows the gas flow from the discharge pipe 14 to the supply pipe 13 only when the pressure in the discharge pipe 14 exceeds a predetermined value, that is, when the discharge pipe 14 is clogged. Even if the pressure in the discharge pipe 14 increases due to the exhaust resistance due to the muffler 27 at the normal time, the relief valve 32 does not open and the operating efficiency is not lowered.
さらに、燃料電池システムは空気オフガスの流量が非常に多く、かつ耐圧の低い合成樹脂製のマフラ27が用いられることから、詰まりを生じるとマフラ27に高い圧力がかかって破損等を生じてしまうことになるが、上記のように、連通配管30は排出配管14におけるマフラ27よりも上流側に連通しているため、マフラ27に高い圧力がかかって破損等を生じてしまうことを防止できる。 Furthermore, since the fuel cell system uses a muffler 27 made of a synthetic resin with a very high flow rate of air off gas and low pressure resistance, if the clogging occurs, a high pressure is applied to the muffler 27 to cause damage or the like. However, since the communication pipe 30 communicates with the upstream side of the muffler 27 in the discharge pipe 14 as described above, it is possible to prevent the muffler 27 from being damaged due to high pressure.
加えて、連通配管30は供給配管13におけるエアクリーナ21よりも上流側に連通しているため、排出配管14から連通配管30を介して供給配管13に流れる空気オフガスにダストや燃料電池およびそれに連通する配管要素からの剥離物等が混入している場合にそれを除去してから空気オフガスを燃料電池10側に流すことができる。 In addition, since the communication pipe 30 communicates with the upstream side of the air cleaner 21 in the supply pipe 13, the off-gas flowing from the discharge pipe 14 through the communication pipe 30 to the supply pipe 13 communicates with dust, the fuel cell, and it. When the exfoliation from the piping element is mixed, it is possible to flow the air off gas to the fuel cell 10 side after removing it.
次に、本発明を実施するための好適な第2実施形態について、図2を参照しながら第1実施形態との相違部分を中心に説明する。なお、第1実施形態と同様の部分には同一の符号を付しその説明は略す。 Next, a second preferred embodiment for carrying out the present invention will be described with a focus on differences from the first embodiment with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part similar to 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.
第2実施形態においては、第1実施形態の連通配管30が設けられておらず、排出配管14から分岐して外部に開口する分岐排出配管(分岐排出路)34が設けられ、この分岐排出配管34において外部から排出配管14へのガスの流れは制限する一方、排出配管14から外部へのガスの流れを許容する第1実施形態と同様のリリーフ弁32が、分岐排出配管34の排出配管14と外部に開口する分岐排出口35との間に設けられている。 In the second embodiment, the communication pipe 30 of the first embodiment is not provided, but a branch discharge pipe (branch discharge path) 34 branched from the discharge pipe 14 and opened to the outside is provided. While the flow of gas from the outside to the discharge pipe 14 is restricted at 34, a relief valve 32 similar to that of the first embodiment that allows the flow of gas from the discharge pipe 14 to the outside is the discharge pipe 14 of the branch discharge pipe 34. And the branch outlet 35 opened to the outside.
ここで、分岐排出配管34は排出配管14におけるマフラ27よりも上流側、つまりマフラ27と燃料電池10との間から分岐している。 Here, the branch discharge pipe 34 branches from the upstream side of the muffler 27 in the discharge pipe 14, that is, from between the muffler 27 and the fuel cell 10.
第2実施形態のリリーフ弁32も、上記したように第1実施形態と同様のものである。つまり、このリリーフ弁32は、排出配管14内の圧力が予め設定された所定値を超えた場合にのみ開弁して排出配管14から分岐排出配管34を介しての外部へのガスの流れを許容するもので、その上流側(排出配管14側)と下流側(外気側)との圧力差が、上流側が下流側よりもスプリングの付勢力に基づく所定値を超えて高くなると機械的に開弁する。 The relief valve 32 of the second embodiment is the same as that of the first embodiment as described above. That is, the relief valve 32 opens only when the pressure in the discharge pipe 14 exceeds a predetermined value set in advance, and allows the gas flow from the discharge pipe 14 to the outside through the branch discharge pipe 34. It is allowed, and when the pressure difference between the upstream side (exhaust pipe 14 side) and the downstream side (outside air side) is higher than the downstream side by a predetermined value based on the biasing force of the spring, it opens mechanically. I speak.
そして、分岐排出配管34のリリーフ弁32よりも下流側の分岐排出口35が大気に開口して常に大気圧となっているため、リリーフ弁32は排出配管14内の圧力が予め設定された所定値を超えた場合にのみ開弁することになる。 Since the branch discharge port 35 downstream of the relief valve 32 of the branch discharge pipe 34 opens to the atmosphere and is always at atmospheric pressure, the relief valve 32 has a predetermined pressure in which the pressure in the discharge pipe 14 is set in advance. The valve is opened only when the value is exceeded.
なお、この場合も、上記した所定値は、正常運転時に排出配管14内の圧力がマフラ27による排気抵抗によって若干上昇しても、リリーフ弁32が閉弁状態を維持するように設定されている。 In this case as well, the above-described predetermined value is set so that the relief valve 32 remains in the closed state even if the pressure in the exhaust pipe 14 slightly increases due to the exhaust resistance by the muffler 27 during normal operation. .
そして、上記構成とすることにより、マフラ27あるいは排出配管14の排出口26が雪や燃料電池10の生成水の凍結等の何らかの外部要因で閉塞されてしまうと、排出配管14内の圧力が上昇することになり、この圧力が所定値を超えた時点でリリーフ弁32が開弁する。これにより、空気オフガスが分岐排出配管34を介して外部に排出されるので、燃料電池10は通常の発電状態を継続することができる。 With the above configuration, when the muffler 27 or the discharge port 26 of the discharge pipe 14 is blocked by some external factor such as snow or freezing of the generated water of the fuel cell 10, the pressure in the discharge pipe 14 increases. Therefore, when the pressure exceeds a predetermined value, the relief valve 32 is opened. As a result, the air off-gas is discharged to the outside through the branch discharge pipe 34, so that the fuel cell 10 can continue the normal power generation state.
以上に述べた第2実施形態によれば、酸化ガス供給側の排出配管14から分岐する分岐排出配管34において外部から排出配管14へのガスの流れを制限する一方、排出配管14から外部へのガスの流れを許容するリリーフ弁32が設けられているため、排出配管14に詰まりが生じて急激な圧力上昇が生じても、分岐排出配管34およびリリーフ弁32によって排出配管14から外部へ瞬時に空気オフガスを流して圧力を逃がすことができる。 According to the second embodiment described above, the flow of gas from the outside to the discharge pipe 14 is restricted in the branch discharge pipe 34 branched from the discharge pipe 14 on the oxidizing gas supply side, while the flow from the discharge pipe 14 to the outside is limited. Since the relief valve 32 that allows the gas flow is provided, even if the discharge pipe 14 is clogged and a sudden pressure rise occurs, the branch discharge pipe 34 and the relief valve 32 instantaneously move from the discharge pipe 14 to the outside. Air off gas can be flowed to relieve pressure.
その結果、運転状態を維持することが可能となり、移動体の走行が通常通り可能となる。これにより、添加剤等を使用する必要がなくなり、また、生成水の凍結以外の原因(例えば雪)による詰まりにも対処可能となる。 As a result, the driving state can be maintained, and the traveling of the moving body becomes possible as usual. Thereby, it is not necessary to use an additive or the like, and it is possible to cope with clogging caused by causes other than freezing of generated water (for example, snow).
また、リリーフ弁32は、排出配管14内の圧力が所定値を超えた場合、つまり排出配管14側に詰まりが生じた場合にのみ排出配管14から分岐排出配管34へのガスの流れを許容するため、正常時に排出配管14内の圧力がマフラ27による排気抵抗によって上昇しても、リリーフ弁32は開弁することがなく、分岐排出配管34を介してのガスの排出を規制できる。 The relief valve 32 allows the gas flow from the discharge pipe 14 to the branch discharge pipe 34 only when the pressure in the discharge pipe 14 exceeds a predetermined value, that is, when the discharge pipe 14 is clogged. Therefore, even if the pressure in the exhaust pipe 14 is increased due to the exhaust resistance due to the muffler 27 at the normal time, the relief valve 32 does not open, and the exhaust of gas through the branch exhaust pipe 34 can be regulated.
さらに、分岐排出配管34が排出配管14におけるマフラ27よりも上流側から分岐しているため、マフラ27に高い圧力がかかって破損等を生じてしまうことを防止できる。 Further, since the branch discharge pipe 34 is branched from the upstream side of the muffler 27 in the discharge pipe 14, it is possible to prevent the muffler 27 from being damaged due to high pressure.
次に、本発明を実施するための好適な第3実施形態について、図3を参照しながら第1実施形態との相違部分を中心に説明する。なお、第1実施形態と同様の部分には同一の符号を付しその説明は略す。 Next, a preferred third embodiment for carrying out the present invention will be described with a focus on differences from the first embodiment with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part similar to 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.
第3実施形態においては、連通配管30に、第1実施形態の機械式のリリーフ弁32が設けられておらず、代わりに電磁開閉式の電磁弁37が設けられており、さらに、外気温を検出する外気温センサ38が設けられている。そして、この外気温センサ38の検出結果、つまり外気温に基づいてECU(制御手段)39が電磁弁37の開閉状態を制御する。 In the third embodiment, the mechanical relief valve 32 of the first embodiment is not provided in the communication pipe 30, and an electromagnetic open / close electromagnetic valve 37 is provided instead. An outside air temperature sensor 38 is provided for detection. The ECU (control means) 39 controls the open / close state of the electromagnetic valve 37 based on the detection result of the outside air temperature sensor 38, that is, the outside air temperature.
つまり、ECU39は、通常は電磁弁37を閉状態とし、外気温センサ38の検出結果から燃料電池10の生成水が凍結する温度条件下にあることが検出されると、電磁弁37を開くのである。 That is, the ECU 39 normally closes the electromagnetic valve 37 and opens the electromagnetic valve 37 when it is detected from the detection result of the outside air temperature sensor 38 that the generated water of the fuel cell 10 is in a freezing temperature condition. is there.
以上に述べた第3実施形態によれば、ECU39が、外気温センサ38の検出結果、つまり外気温に応じて、外気温が低くマフラ27あるいは排出口26が燃料電池10の生成水の凍結で閉塞されてしまう可能性があると判断できる状況では、供給配管13と排出配管14とを連通する連通配管30に設けられた電磁弁37を開いて排出配管14から供給配管13へ連通配管30を介して空気オフガスを流すことになる。 According to the third embodiment described above, the ECU 39 causes the muffler 27 or the discharge port 26 to freeze the generated water of the fuel cell 10 according to the detection result of the outside air temperature sensor 38, that is, the outside air temperature. In a situation where it can be determined that there is a possibility of being blocked, the electromagnetic valve 37 provided in the communication pipe 30 that connects the supply pipe 13 and the discharge pipe 14 is opened, and the communication pipe 30 is connected from the discharge pipe 14 to the supply pipe 13. Air off gas will flow through.
その結果、運転状態を維持することが可能となる。これによっても、添加剤等を使用する必要がなくなり、また、生成水の凍結以外の例えば雪の詰まり等にも対処可能となる。なお、この構成の場合は、外気温が低く例えばエアクリーナ21に凍結が生じる可能性がある場合に、温度の比較的高い空気オフガスを連通配管30を介してエアクリーナ21に流すことでこの凍結を防ぐこともできる。 As a result, the operating state can be maintained. This also eliminates the need to use an additive or the like, and can deal with, for example, snow clogging other than freezing of the generated water. In the case of this configuration, when the outside air temperature is low, for example, there is a possibility that the air cleaner 21 may be frozen, this freezing is prevented by flowing air off gas having a relatively high temperature through the communication pipe 30 to the air cleaner 21. You can also.
第3実施形態において、排出配管14に圧力センサを設けて、ECU39が圧力センサで検出される圧力が所定値を超えると電磁弁37を開くようにしても良い。さらには、外気温センサ38および圧力センサの両方の検出結果から電磁弁37の開閉を制御しても良い。 In the third embodiment, a pressure sensor may be provided in the discharge pipe 14, and the solenoid valve 37 may be opened when the pressure detected by the ECU 39 exceeds the predetermined value. Furthermore, the opening / closing of the electromagnetic valve 37 may be controlled from the detection results of both the outside air temperature sensor 38 and the pressure sensor.
10…燃料電池、13…供給配管(供給路)、14…排出配管(排出路)、21…エアクリーナ(不純物除去部)、27…マフラ(消音器)、30…連通配管(連通路)、32…リリーフ弁(弁)、34…分岐排出配管(分岐排出路)、37…電磁弁、39…ECU(制御手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell, 13 ... Supply pipe (supply path), 14 ... Discharge pipe (discharge path), 21 ... Air cleaner (impurity removal part), 27 ... Muffler (silencer), 30 ... Communication pipe (communication path), 32 ... Relief valve (valve), 34 ... Branch discharge pipe (branch discharge path), 37 ... Solenoid valve, 39 ... ECU (control means)
Claims (10)
前記排出路および前記供給路を連通する連通路と、
該連通路において前記供給路から前記排出路へのガスの流れを制限する一方、前記排出路から前記供給路へのガスの流れを許容する弁と、を有することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system having a supply path for supplying a reaction gas to a fuel cell and a discharge path for discharging a reaction off gas discharged from the fuel cell,
A communication passage communicating the discharge passage and the supply passage;
A fuel cell system comprising: a valve that restricts a gas flow from the supply path to the discharge path in the communication path, and permits a gas flow from the discharge path to the supply path.
前記排出路および前記供給路を連通する連通路と、
該連通路を開閉する電磁弁と、
前記電磁弁の開閉状態を制御する制御手段と、を有することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system having a supply path for supplying a reaction gas to a fuel cell and a discharge path for discharging a reaction off gas discharged from the fuel cell,
A communication passage communicating the discharge passage and the supply passage;
A solenoid valve for opening and closing the communication path;
And a control means for controlling an open / close state of the electromagnetic valve.
前記連通路は前記排出路における前記消音器よりも上流側に連通していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 A silencer is provided in the discharge path,
4. The fuel cell system according to claim 1, wherein the communication path communicates with the upstream side of the silencer in the discharge path. 5.
前記連通路は前記供給路における前記不純物除去部よりも上流側に連通していることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 The supply path is provided with an impurity removal unit,
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein the communication path communicates with an upstream side of the impurity removal portion in the supply path.
前記排出路から分岐して外部に開口する分岐排出路と、
該分岐排出路において外部から前記排出路へのガスの流れは制限する一方、前記排出路から外部へのガスの流れを許容する弁と、を有することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system having a supply path for supplying a reaction gas to a fuel cell and a discharge path for discharging a reaction off gas discharged from the fuel cell,
A branch discharge passage that branches off from the discharge passage and opens to the outside;
A fuel cell system comprising: a valve that restricts the flow of gas from the outside to the discharge path in the branch discharge path, but permits the flow of gas from the discharge path to the outside.
前記分岐排出路は前記排出路における前記消音器よりも上流側から分岐していることを特徴とする請求項6または7に記載の燃料電池システム。 A silencer is provided in the discharge path,
The fuel cell system according to claim 6 or 7, wherein the branch discharge path branches from the upstream side of the silencer in the discharge path.
前記排出路内のガス圧が所定圧力以上になると、該排出路からその外部へ前記反応オフガスの一部を排気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, comprising: a supply path for supplying a reaction gas to a fuel cell; and a discharge path for discharging a reaction off gas discharged from the fuel cell,
A method for operating a fuel cell system, comprising: exhausting a part of the reaction off-gas from the exhaust passage to the outside when the gas pressure in the exhaust passage becomes equal to or higher than a predetermined pressure.
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JP2008235058A (en) * | 2007-03-22 | 2008-10-02 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system and moving body |
JP2009234436A (en) * | 2008-03-27 | 2009-10-15 | Honda Motor Co Ltd | Vehicular control device, electric vehicle, and method for detecting trouble of vehicular control device |
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