JP2007027149A - Control device of fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve drainage efficiency of water retained in a fuel cell. <P>SOLUTION: When a fuel cell stack is made to generate electricity by a control unit (step S1), a cell voltage of the fuel cell stack is monitored by a cell voltage sensor (step S2), and when the cell voltage is judged to be lower than a predetermined value (step S3), a hydrogen gas supply regulator is controlled so as to raise fuel gas pressure (step S4), and then, a purge opening and closing valve is controlled to switch from a closed state to an open state (step S5). With this, a dynamic pressure of hydrogen gas pressure is generated to make an anode electrode side drain. Then, when the cell voltage of the fuel cell stack is judged to be higher than the predetermined value (step S6), the purge opening and closing valve 6 is controlled to switch from an open state to a closed state (step S7). <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば自動車等の駆動源として用いられ、燃料ガスとして水素ガス、酸化剤ガスとして空気が供給されて発電をし、水素循環路にパージ動作を行うためのパージ弁を有する燃料電池システムを制御する燃料電池システムの制御装置に関する。   The present invention is used, for example, as a drive source for automobiles and the like, and is a fuel cell system having a purge valve for generating power by supplying hydrogen gas as fuel gas and air as oxidant gas and performing a purge operation in the hydrogen circulation path The present invention relates to a control device for a fuel cell system that controls the fuel.

従来の燃料電池システムとしては、例えば特開平7−235324号公報に開示されたものが知られている。この燃料電池システムは、燃料電池スタックを運転することにより燃料電池スタック内に水が滞留したことを検出すると、燃料電池スタックのカソード側ガス流量を増加させて、酸素ガスの動圧により滞留水を吹き飛ばす動作をしていた。   As a conventional fuel cell system, for example, one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-235324 is known. When this fuel cell system detects that water has accumulated in the fuel cell stack by operating the fuel cell stack, the cathode side gas flow rate of the fuel cell stack is increased, and the accumulated water is generated by the dynamic pressure of oxygen gas. It was working to blow away.

ところで、従来の燃料電池システムでは、燃料ガスタンクから燃料電池スタックに供給する燃料ガス圧力を調整するに際して、燃料ガスを燃料電池スタックに供給しながら燃料ガス圧力を調整しているために、燃費が良好ではない。これに対し、従来より、燃料電池スタックの燃料ガス出口から排出される残存燃料ガスを燃料電池スタックの燃料ガス入口に循環させる燃料ガス循環流路を有する燃料電池システムが提案されている。   By the way, in the conventional fuel cell system, when adjusting the fuel gas pressure supplied from the fuel gas tank to the fuel cell stack, the fuel gas pressure is adjusted while supplying the fuel gas to the fuel cell stack. is not. On the other hand, conventionally, a fuel cell system having a fuel gas circulation channel for circulating the remaining fuel gas discharged from the fuel gas outlet of the fuel cell stack to the fuel gas inlet of the fuel cell stack has been proposed.

このような燃料電池システムでは、燃料電池スタック内の滞留水を排出する技術をアノード極側にも適用して滞留水の排出効率を向上させることが考えられる。しかし、燃料ガス循環流路に循環ポンプを有しない場合には、燃料電池スタックの燃料ガス消費量が変化しないと、燃料ガス圧力を高くしても燃料ガス供給量を増加させることは不可能である。すなわち、燃料ガス圧を燃料電池スタックの運転状況に合わせて一定に保った状態で、燃料ガス供給量を燃料電池スタックで消費した燃料ガス量以上とすることは不可能であり、アノード極側の水詰まり発生時には容易に燃料ガス流量を上昇させることはできない。   In such a fuel cell system, it is conceivable that the technology for discharging the accumulated water in the fuel cell stack is also applied to the anode electrode side to improve the discharge efficiency of the accumulated water. However, if there is no circulation pump in the fuel gas circulation flow path, the fuel gas supply amount cannot be increased even if the fuel gas pressure is increased unless the fuel gas consumption of the fuel cell stack changes. is there. That is, with the fuel gas pressure kept constant in accordance with the operating conditions of the fuel cell stack, it is impossible to make the fuel gas supply amount more than the amount of fuel gas consumed in the fuel cell stack. When water clogging occurs, the fuel gas flow rate cannot be increased easily.

これに対し、水詰まりの発生を検出した場合には、パージ弁を開状態にし、燃料ガス供給流量を燃料電池スタックで消費した燃料ガス量とパージ弁からの排出ガス量との合計とする。これにより、燃料電池システムでは、パージ弁からの排出ガス量分を増加させて燃料ガスを燃料電池スタックに供給することができ、アノード極側での燃料ガス供給流量を増大させていた。しかし、燃料ガスを外部に放出することによる燃費の低下を招いてしまう。   On the other hand, when the occurrence of water clogging is detected, the purge valve is opened, and the fuel gas supply flow rate is the sum of the fuel gas amount consumed by the fuel cell stack and the exhaust gas amount from the purge valve. Thereby, in the fuel cell system, the amount of exhaust gas from the purge valve can be increased to supply the fuel gas to the fuel cell stack, and the fuel gas supply flow rate on the anode electrode side has been increased. However, the fuel consumption is reduced by releasing the fuel gas to the outside.

また、燃料電池スタック内の滞留水の除去手法として、燃料ガス圧力を低下させることにより燃料電池スタックの電力出力を低下させてセル電圧を回復する手法があるが、一時的に意図した電力出力を得られない期間が発生するという問題点がある。特に、二次電池を搭載していない燃料電池システムでは、この問題が重要となる。   In addition, as a method for removing the accumulated water in the fuel cell stack, there is a method for reducing the power output of the fuel cell stack by reducing the fuel gas pressure to recover the cell voltage. There is a problem that an unobtainable period occurs. This problem is particularly important in a fuel cell system not equipped with a secondary battery.

そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、燃料電池中に滞留した水の排水効率を向上させることができる燃料電池システムの制御装置を提供するものである。   Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described circumstances, and provides a control device for a fuel cell system that can improve the drainage efficiency of water accumulated in the fuel cell.

請求項1に係る燃料電池システムの制御装置は、電解質膜を酸化剤極と燃料極とにより挟んで構成されたセル構造体を複数積層し、上記酸化剤極側に酸化剤ガスが供給されると共に、上記燃料極側に燃料ガスが供給されて発電する燃料電池と、上記燃料電池に酸化剤ガス及び燃料ガスを供給するガス供給手段と、上記燃料電池の燃料ガス出口と燃料ガス入口とを挿通する燃料循環路と、この燃料循環路に設けられ、上記燃料循環路内の気体の一部を外部に放出するパージ弁とを有する燃料電池システムを制御するものである。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a control device for a fuel cell system in which a plurality of cell structures each having an electrolyte membrane sandwiched between an oxidant electrode and a fuel electrode are stacked, and an oxidant gas is supplied to the oxidant electrode side. And a fuel cell for generating power by supplying fuel gas to the fuel electrode side, a gas supply means for supplying oxidant gas and fuel gas to the fuel cell, and a fuel gas outlet and a fuel gas inlet of the fuel cell. The fuel cell system includes a fuel circulation path to be inserted and a purge valve provided in the fuel circulation path and releasing a part of the gas in the fuel circulation path to the outside.

この燃料電池システムの制御装置は、上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さいと判定した場合に、燃料ガス圧力を上昇させるように上記ガス供給手段を制御した後に上記パージ弁を閉状態から開状態にする制御をし、上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも大きいと判定した場合に上記パージ弁を開状態から閉状態にする制御をする。   When it is determined that the cell voltage of the fuel cell is smaller than a predetermined value, the control device of the fuel cell system controls the gas supply means so as to increase the fuel gas pressure and then closes the purge valve. When the control is performed to open the fuel cell, and the cell voltage of the fuel cell is determined to be larger than a predetermined value, the purge valve is controlled to be closed from the open state.

請求項2に係る燃料電池システムの制御装置は、電解質膜を酸化剤極と燃料極とにより挟んで構成されたセル構造体を複数積層し、上記酸化剤極側に酸化剤ガスが供給されると共に、上記燃料極側に燃料ガスが供給されて発電する燃料電池と、上記燃料電池に酸化剤ガス及び燃料ガスを供給するガス供給手段と、上記燃料電池の燃料ガス出口と燃料ガス入口とを挿通する燃料循環路と、この燃料循環路に設けられ、上記燃料循環路内の気体の一部を外部に放出するパージ弁とを有する燃料電池システムを制御するものである。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a control device for a fuel cell system in which a plurality of cell structures each having an electrolyte membrane sandwiched between an oxidant electrode and a fuel electrode are stacked, and an oxidant gas is supplied to the oxidant electrode side. And a fuel cell for generating power by supplying fuel gas to the fuel electrode side, a gas supply means for supplying oxidant gas and fuel gas to the fuel cell, and a fuel gas outlet and a fuel gas inlet of the fuel cell. The fuel cell system includes a fuel circulation path to be inserted and a purge valve provided in the fuel circulation path and releasing a part of the gas in the fuel circulation path to the outside.

この燃料電池システムの制御装置は、上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さいと判定した場合に、上記パージ弁を周期的に開閉制御し、上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも大きいと判定した場合に上記パージ弁を閉状態にする制御をする。   The control device of the fuel cell system periodically opens and closes the purge valve when it is determined that the cell voltage of the fuel cell is smaller than a predetermined value, and the cell voltage of the fuel cell is larger than a predetermined value. If it is determined that the purge valve is closed, control is performed to close the purge valve.

請求項3に係る燃料電池システムの制御装置は、電解質膜を酸化剤極と燃料極とにより挟んで構成されたセル構造体を複数積層し、上記酸化剤極側に酸化剤ガスが供給されると共に、上記燃料極側に燃料ガスが供給されて発電する燃料電池と、上記燃料電池に酸化剤ガス及び燃料ガスを供給するガス供給手段と、上記燃料電池の燃料ガス出口と燃料ガス入口とを挿通する燃料循環路と、この燃料循環路に設けられ、上記燃料循環路内の気体の一部を外部に放出するパージ弁とを有する燃料電池システムを制御するものである。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a control device for a fuel cell system, wherein a plurality of cell structures each having an electrolyte membrane sandwiched between an oxidant electrode and a fuel electrode are stacked, and an oxidant gas is supplied to the oxidant electrode side. And a fuel cell for generating power by supplying fuel gas to the fuel electrode side, a gas supply means for supplying oxidant gas and fuel gas to the fuel cell, and a fuel gas outlet and a fuel gas inlet of the fuel cell. The fuel cell system includes a fuel circulation path to be inserted and a purge valve provided in the fuel circulation path and releasing a part of the gas in the fuel circulation path to the outside.

この燃料電池システムの制御装置は、上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さいと判定した場合に、燃料ガス圧力を上昇させるように上記ガス供給手段を制御した後に上記パージ弁を周期的に開閉制御し、上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも大きいと判定した場合に上記パージ弁を閉状態にする制御をする。   The control device of the fuel cell system periodically controls the purge valve after controlling the gas supply means to increase the fuel gas pressure when it is determined that the cell voltage of the fuel cell is smaller than a predetermined value. Open / close control is performed, and when the cell voltage of the fuel cell is determined to be larger than a predetermined value, the purge valve is controlled to be closed.

請求項4に係る燃料電池システムの制御装置では、請求項1乃至請求項3の何れかに記載の燃料電池システムの制御装置であって、上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さいと判定した場合に少なくとも一のパージ弁を開状態にする制御をし、前記一のパージ弁を開状態にしてから所定期間経過後において上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さいと判定した場合に他のパージ弁を開状態にする制御をし、上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも大きいと判定した場合に開状態としたパージ弁を閉状態にする制御をすることを特徴とする。   The fuel cell system control device according to claim 4 is the fuel cell system control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the cell voltage of the fuel cell is determined to be smaller than a predetermined value. When at least one purge valve is controlled to open, and when it is determined that the cell voltage of the fuel cell is lower than a predetermined value after a predetermined period has elapsed since the one purge valve was opened. Control is performed to open the other purge valve, and control is performed to close the purge valve that is opened when it is determined that the cell voltage of the fuel cell is greater than a predetermined value.

請求項5に係る燃料電池システムの制御装置では、請求項1又は請求項3に記載の燃料電池システムの制御装置であって、上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さいと判定した場合に、燃料ガス圧力を段階的に上昇させるように上記ガス供給手段を制御することを特徴とする。   The fuel cell system control device according to claim 5 is the fuel cell system control device according to claim 1 or 3, wherein the cell voltage of the fuel cell is determined to be smaller than a predetermined value. The gas supply means is controlled to increase the fuel gas pressure stepwise.

請求項6に係る燃料電池システムの制御装置では、請求項1、請求項3又は請求項5に記載の燃料電池システムの制御装置であって、上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さいと判定した場合に、燃料ガス圧力を上昇させると共に、上記酸化剤極における酸化剤ガス流量を保持するように上記ガス供給手段を制御することを特徴とする。   The fuel cell system control device according to claim 6 is the fuel cell system control device according to claim 1, 3 or 5, wherein the cell voltage of the fuel cell is smaller than a predetermined value. When the determination is made, the fuel gas pressure is increased, and the gas supply means is controlled to maintain the oxidant gas flow rate at the oxidant electrode.

請求項1に係る燃料電池システムの制御装置によれば、燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さい場合に、燃料ガス圧力を上昇させるようにガス供給手段を制御した後にパージ弁を閉状態から開状態にする制御をするので、パージ弁を開状態にした直後の燃料ガス圧力の動圧を大きくすることができる。したがって、この燃料電池システムの制御装置によれば、パージ弁を開状態にする期間を短縮することができ、パージ弁を開状態にすることによる燃料ガス排出量を少なくすることができ、排水効率を向上させることができる。   According to the control device of the fuel cell system according to claim 1, when the cell voltage of the fuel cell is smaller than the predetermined value, the purge valve is closed from the closed state after controlling the gas supply means to increase the fuel gas pressure. Since the control for opening is performed, the dynamic pressure of the fuel gas pressure immediately after the purge valve is opened can be increased. Therefore, according to the control device for this fuel cell system, the period for opening the purge valve can be shortened, the amount of fuel gas discharged by opening the purge valve can be reduced, and drainage efficiency can be reduced. Can be improved.

請求項2に係る燃料電池システムの制御装置によれば、燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さい場合に、パージ弁を周期的に開閉制御するので、燃料ガス圧力の変動回数を多くすることができる。したがって、この燃料電池システムの制御装置によれば、燃料ガス圧力の動圧発生回数を多くすることができ、排水効率をより向上させることができる。   According to the control device for a fuel cell system according to claim 2, when the cell voltage of the fuel cell is smaller than a predetermined value, the purge valve is periodically controlled to open and close, so that the number of fluctuations in the fuel gas pressure is increased. Can do. Therefore, according to the control device of this fuel cell system, the number of times of dynamic pressure generation of the fuel gas pressure can be increased, and the drainage efficiency can be further improved.

請求項3に係る燃料電池システムの制御装置によれば、燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さい場合に、燃料ガス圧力を上昇させるようにガス供給手段を制御した後にパージ弁を周期的に開閉制御するので、燃料ガス圧力を上昇させることによる動圧の増加と、周期的にパージ弁を開閉制御することによる動圧発生回数の増加との相乗作用を発揮させることができ、パージ弁からの総水素ガス排出量が少なくても効率的に排水をすることができる。   According to the control device for a fuel cell system according to claim 3, when the cell voltage of the fuel cell is smaller than a predetermined value, the purge valve is periodically operated after controlling the gas supply means so as to increase the fuel gas pressure. Since the opening / closing control is performed, the synergistic effect of the increase in the dynamic pressure by increasing the fuel gas pressure and the increase in the number of occurrences of the dynamic pressure by periodically controlling the opening / closing of the purge valve can be exhibited. Even if the total amount of hydrogen gas discharged is small, it can be drained efficiently.

請求項4に係る燃料電池システムの制御装置によれば、燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さい場合に少なくとも一のパージ弁を開状態にする制御をし、一のパージ弁を開状態にしてから所定期間経過後において燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さいと判定した場合に他のパージ弁を開状態にする制御をするので、更に燃料循環流路内の総ガス排出流量を増加することができ、更に動圧を増加させることができる。   According to the control device for a fuel cell system according to claim 4, when the cell voltage of the fuel cell is smaller than a predetermined value, at least one purge valve is controlled to be opened, and one purge valve is opened. If the cell voltage of the fuel cell is determined to be lower than the predetermined value after a predetermined period has elapsed, the other purge valve is controlled to open, so the total gas discharge flow rate in the fuel circulation channel is further increased. The dynamic pressure can be further increased.

請求項5に係る燃料電池システムの制御装置によれば、燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さい場合に燃料ガス圧力を段階的に上昇させるので、更に動圧を増加させることができ、排水効率をより向上させることができる。   According to the control device for a fuel cell system according to claim 5, since the fuel gas pressure is increased stepwise when the cell voltage of the fuel cell is smaller than a predetermined value, the dynamic pressure can be further increased. Efficiency can be further improved.

請求項6に係る燃料電池システムの制御装置によれば、燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さい場合に、燃料ガス圧力を上昇させると共に酸化剤極における酸化剤ガス流量を保持するので、燃料ガス圧力を上昇させると共に酸化剤ガス圧力を上昇させることにより酸化剤ガス流量が減少する場合であっても、酸化剤ガス流速が減って排水効率が低下することを防止することができ、排水効率を維持することができる。   According to the control device for a fuel cell system according to claim 6, when the cell voltage of the fuel cell is smaller than a predetermined value, the fuel gas pressure is increased and the oxidant gas flow rate at the oxidant electrode is maintained. Even when the gas pressure is increased and the oxidant gas pressure is increased to reduce the oxidant gas flow rate, the oxidant gas flow rate can be prevented from decreasing and the drainage efficiency can be prevented from decreasing. Can be maintained.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明は、例えば図1に示すように構成された第1実施形態に係る燃料電池システム、及び図5に示すように構成された第2実施形態に係る燃料電池システムに適用される。   The present invention is applied to, for example, the fuel cell system according to the first embodiment configured as shown in FIG. 1 and the fuel cell system according to the second embodiment configured as shown in FIG.

[第1実施形態に係る燃料電池システムの構成]
第1実施形態に係る燃料電池システムに備えられる燃料電池スタック1は、固体高分子電解質膜を酸化剤極(カソード極)と燃料極(アノード極)とにより挟んで構成されたセル構造体が、セパレータを介して複数積層されてなるスタック構造となっている。また、この燃料電池スタック1では、内部に酸化剤ガスを通過させる酸化剤ガス流路、燃料ガスを通過させる燃料ガス流路、冷却水を通過させる冷却水流路が設けられている。そして、燃料電池スタック1は、上記酸化剤極側に酸化剤ガスとしての空気が供給されると共に、上記燃料極側に燃料ガスとしての水素ガスが供給される。これにより、燃料電池スタック1は、水分を媒体として膜中をそれぞれのイオンが移動して接触して発電する。
[Configuration of Fuel Cell System According to First Embodiment]
The fuel cell stack 1 provided in the fuel cell system according to the first embodiment includes a cell structure configured by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane between an oxidant electrode (cathode electrode) and a fuel electrode (anode electrode). It has a stack structure in which a plurality of layers are stacked via separators. In addition, the fuel cell stack 1 is provided with an oxidant gas passage for allowing the oxidant gas to pass therethrough, a fuel gas passage for allowing the fuel gas to pass, and a cooling water passage for allowing the coolant to pass. The fuel cell stack 1 is supplied with air as an oxidant gas on the oxidant electrode side and with hydrogen gas as a fuel gas on the fuel electrode side. As a result, the fuel cell stack 1 generates electricity by moving and contacting each ion in the membrane using moisture as a medium.

この燃料電池システムは、水素を貯蔵している水素タンク2、水素ガス供給調圧弁3、水素循環装置4及び加湿器5が水素ガス供給流路L1で挿通されて燃料電池スタック1の水素ガス入口1aに接続し、燃料電池スタック1の水素ガス出口1b、水素ガス入口1a、パージ用開閉弁6が水素ガス循環流路L2で挿通されてなる水素ガス系を備える。   In this fuel cell system, a hydrogen tank 2 storing hydrogen, a hydrogen gas supply pressure regulating valve 3, a hydrogen circulation device 4 and a humidifier 5 are inserted through a hydrogen gas supply flow path L1, and a hydrogen gas inlet of the fuel cell stack 1 is inserted. 1a, a hydrogen gas system in which a hydrogen gas outlet 1b, a hydrogen gas inlet 1a, and a purge opening / closing valve 6 of the fuel cell stack 1 are inserted through a hydrogen gas circulation passage L2.

水素ガス供給調圧弁3及びパージ用開閉弁6は、図示しないアクチュエータと接続され、コントロールユニット17からの制御信号に従ってアクチュエータが駆動することで開閉動作や開度が制御される。パージ用開閉弁6は、コントロールユニット17からの制御信号に従って開閉制御され、開状態にされることで、燃料ガス循環流路L2中及び燃料電池スタック1内の水素ガスを外部に排出する。   The hydrogen gas supply pressure regulating valve 3 and the purge opening / closing valve 6 are connected to an actuator (not shown), and the opening / closing operation and the opening degree are controlled by driving the actuator according to a control signal from the control unit 17. The purge on / off valve 6 is controlled to open and close in accordance with a control signal from the control unit 17 and is opened to discharge the hydrogen gas in the fuel gas circulation passage L2 and in the fuel cell stack 1 to the outside.

この燃料電池システムでは、燃料電池スタック1を運転するに際して、コントロールユニット17により水素タンク2に高圧状態で貯蔵された水素を水素ガス供給調圧弁3により調圧し、水素ガス供給流路L1を介して水素循環装置4に供給する。これにより燃料電池スタック1のアノード極側における水素ガス圧力を調整する。水素循環装置4は、水素ガス供給調圧弁3からの水素ガスと水素ガス循環流路L2を介して供給される水素ガスとを加湿器5に供給する。加湿器5は、内部に半透膜を有し、半透膜を介して純水と水素ガスとを隣接させることにより、水分子を半透膜を介して通過させて水素ガスの加湿をして燃料電池スタック1に供給する。   In this fuel cell system, when the fuel cell stack 1 is operated, the hydrogen stored in the hydrogen tank 2 in a high-pressure state is regulated by the control unit 17 by the hydrogen gas supply pressure regulating valve 3 and is supplied via the hydrogen gas supply flow path L1. The hydrogen circulator 4 is supplied. Thereby, the hydrogen gas pressure on the anode electrode side of the fuel cell stack 1 is adjusted. The hydrogen circulation device 4 supplies the humidifier 5 with the hydrogen gas supplied from the hydrogen gas supply pressure regulating valve 3 and the hydrogen gas supplied through the hydrogen gas circulation flow path L2. The humidifier 5 has a semipermeable membrane inside, and adjoins pure water and hydrogen gas through the semipermeable membrane, thereby allowing water molecules to pass through the semipermeable membrane to humidify the hydrogen gas. To the fuel cell stack 1.

また、この燃料電池システムは、コンプレッサ7が空気供給流路L3に挿通され燃料電池スタック1の空気入口1cに接続し、燃料電池スタック1の空気出口1d、空気調圧弁8が空気排出流路L4に挿通されてなる酸化剤ガス系を備える。コンプレッサ7は、コントロールユニット17からの制御信号に従ってその回転数が制御されて駆動し、燃料電池スタック1に空気流量を調整して供給する。また、空気調圧弁8は、コントロールユニット17からの制御信号に従って動作し、その開度が調整される。   In this fuel cell system, the compressor 7 is inserted into the air supply flow path L3 and connected to the air inlet 1c of the fuel cell stack 1, and the air outlet 1d and the air pressure regulating valve 8 of the fuel cell stack 1 are connected to the air discharge flow path L4. An oxidant gas system inserted through the oxidant gas system is provided. The compressor 7 is driven with its rotation speed controlled in accordance with a control signal from the control unit 17, and adjusts and supplies the air flow rate to the fuel cell stack 1. The air pressure regulating valve 8 operates in accordance with a control signal from the control unit 17 and its opening degree is adjusted.

この燃料電池システムでは、燃料電池スタック1を運転するに際して、コントロールユニット17によりコンプレッサ7を駆動して空気を加湿器5に供給する。加湿器5では、水素ガスと同様に空気を加湿して燃料電池スタック1に供給する。このとき、燃料電池システムでは、コントロールユニット17により空気調圧弁8の開度を調整することで、燃料電池スタック1内、空気供給流路L3及び空気排出流路L4での空気圧力の調整をする。   In this fuel cell system, when the fuel cell stack 1 is operated, the compressor 7 is driven by the control unit 17 to supply air to the humidifier 5. In the humidifier 5, air is humidified in the same manner as hydrogen gas and supplied to the fuel cell stack 1. At this time, in the fuel cell system, the air pressure in the fuel cell stack 1, the air supply flow path L3, and the air discharge flow path L4 is adjusted by adjusting the opening of the air pressure regulating valve 8 by the control unit 17. .

更に、この燃料電池システムは、水タンク9、水ポンプ10、ラジエータ11、燃料電池スタック1、加湿器5が水循環流路L5で挿通されてなる水循環系を有する。また、この燃料電池システムにおける水循環系は、ラジエータ11を通過する水を冷却するラジエータファン12を備える。   Furthermore, this fuel cell system has a water circulation system in which a water tank 9, a water pump 10, a radiator 11, a fuel cell stack 1, and a humidifier 5 are inserted through a water circulation channel L5. Further, the water circulation system in this fuel cell system includes a radiator fan 12 that cools water passing through the radiator 11.

このような燃料電池システムでは、水タンク9内の水を、水ポンプ10によりラジエータ11に供給してラジエータファン12の駆動量を制御することで水温度を制御し、燃料電池スタック1に供給することにより、燃料電池スタック1を冷却して温度調整をする。そして、燃料電池スタック1を冷却した水は、加湿器5に供給され、加湿器5での加湿に一部が使用されて再度水タンク9に蓄積される。   In such a fuel cell system, the water in the water tank 9 is supplied to the radiator 11 by the water pump 10 and the driving amount of the radiator fan 12 is controlled to control the water temperature and supply it to the fuel cell stack 1. As a result, the fuel cell stack 1 is cooled to adjust the temperature. And the water which cooled the fuel cell stack 1 is supplied to the humidifier 5, and a part is used for humidification in the humidifier 5, and it accumulate | stores in the water tank 9 again.

更にまた、この燃料電池システムは、加湿器5と燃料電池スタック1との間の水素ガス供給流路L1内の水素ガス圧力を検出する水素ガス圧力センサ13、加湿器5と燃料電池スタック1との間の空気供給流路L3の空気圧力を検出する空気圧力センサ14、コンプレッサ7に取り込まれる空気流量を検出する空気流量センサ15を備える。これらの水素ガス圧力センサ13、空気圧力センサ14、空気流量センサ15は、図1に示すように配設されることにより、燃料電池スタック1内の水素ガス圧力、空気圧力、空気流量を検出する。更にまた、燃料電池システムは、燃料電池スタック1を構成する各セルのセル電圧を検出するセル電圧センサ16を備える。これらのセンサは、その検出値をセンサ信号としてコントロールユニット17に出力する。   Furthermore, this fuel cell system includes a hydrogen gas pressure sensor 13 for detecting the hydrogen gas pressure in the hydrogen gas supply channel L1 between the humidifier 5 and the fuel cell stack 1, the humidifier 5 and the fuel cell stack 1. The air pressure sensor 14 for detecting the air pressure of the air supply flow path L3 between the air flow sensor 15 and the air flow rate sensor 15 for detecting the air flow rate taken into the compressor 7 are provided. These hydrogen gas pressure sensor 13, air pressure sensor 14, and air flow rate sensor 15 are arranged as shown in FIG. 1 to detect the hydrogen gas pressure, air pressure, and air flow rate in fuel cell stack 1. . Furthermore, the fuel cell system includes a cell voltage sensor 16 that detects a cell voltage of each cell constituting the fuel cell stack 1. These sensors output the detected value to the control unit 17 as a sensor signal.

コントロールユニット17は、上述したように構成された各部を制御する。 コントロールユニット17は、外部からの燃料電池スタック1を駆動開始する命令が入力されると、燃料電池スタック1に水素ガスを供給するように水素ガス供給調圧弁3を制御すると共に、燃料電池スタック1に空気を供給するようにコンプレッサ7及び空気調圧弁8を制御する。更に、コントロールユニット17は、水ポンプ10及びラジエータファン12に制御信号を出力して燃料電池スタック1及び加湿器5中に水を循環させる。これにより、コントロールユニット17は、燃料電池スタック1を発電開始させる。   The control unit 17 controls each part configured as described above. When an instruction to start driving the fuel cell stack 1 is input from the outside, the control unit 17 controls the hydrogen gas supply pressure regulating valve 3 so as to supply the hydrogen gas to the fuel cell stack 1 and also controls the fuel cell stack 1 The compressor 7 and the air pressure regulating valve 8 are controlled so as to supply air. Further, the control unit 17 outputs control signals to the water pump 10 and the radiator fan 12 to circulate water in the fuel cell stack 1 and the humidifier 5. Thereby, the control unit 17 starts the power generation of the fuel cell stack 1.

また、コントロールユニット17は、外部からアクセル開度などを示す信号に従った燃料電池スタック1の発電電力量を認識し、必要な水素ガス圧力及び空気圧力等の運転条件を認識する。そして、コントロールユニット17は、運転条件を実現するように、水素ガス圧力の調整をするように水素ガス供給調圧弁3を制御し、空気圧力の調整をするようにコンプレッサ7及び空気調圧弁8を制御し、燃料電池スタック1の温度調整をするように水ポンプ10及びラジエータファン12を制御する。ここで、コントロールユニット17は、水素ガス圧力センサ13、空気圧力センサ14、空気流量センサ15からのセンサ信号を参照することで、水素ガス圧力と空気圧力とをほぼ同じ圧力値とする。   Further, the control unit 17 recognizes the amount of power generated by the fuel cell stack 1 according to a signal indicating the accelerator opening from the outside, and recognizes necessary operating conditions such as hydrogen gas pressure and air pressure. Then, the control unit 17 controls the hydrogen gas supply pressure regulating valve 3 so as to adjust the hydrogen gas pressure so as to realize the operating condition, and controls the compressor 7 and the air pressure regulating valve 8 so as to adjust the air pressure. The water pump 10 and the radiator fan 12 are controlled so as to adjust the temperature of the fuel cell stack 1. Here, the control unit 17 refers to sensor signals from the hydrogen gas pressure sensor 13, the air pressure sensor 14, and the air flow rate sensor 15 so that the hydrogen gas pressure and the air pressure are set to substantially the same pressure value.

更に、コントロールユニット17は、燃料電池スタック1を運転しているときに、セル電圧センサ16からのセンサ信号を入力し、燃料電池スタック1のセル電圧を監視し、燃料電池スタック1のアノード極及びカソード極の水詰まりによるセル電圧低下を検出する。   Further, when the fuel cell stack 1 is in operation, the control unit 17 inputs a sensor signal from the cell voltage sensor 16, monitors the cell voltage of the fuel cell stack 1, and controls the anode electrode and the fuel cell stack 1. Detects cell voltage drop due to cathode clogging.

具体的には、コントロールユニット17は、検出したセル電圧と予め設定された許容下限値とを比較する。コントロールユニット17は、検出したセル電圧が許容下限値以下であるか否かを判定し、検出したセル電圧が許容下限値より小さい場合に、燃料電池スタック1内に滞留している水による各セルの発電能力の低下が発生して水排出が必要と判定し、パージ用開閉弁6の動作を制御する水排出処理をする。   Specifically, the control unit 17 compares the detected cell voltage with a preset allowable lower limit value. The control unit 17 determines whether or not the detected cell voltage is equal to or lower than the allowable lower limit value. When the detected cell voltage is smaller than the allowable lower limit value, each cell due to water staying in the fuel cell stack 1 is determined. Therefore, it is determined that water discharge is necessary, and water discharge processing is performed to control the operation of the purge on-off valve 6.

ここで、燃料電池スタック1に水素ガスを供給しているときに、パージ用開閉弁6を閉状態から開状態、又は開状態から閉状態に動作させることにより、図2に示すように、水素ガス圧力センサ13にて検出される水素ガス圧力(燃料電池スタック1内の水素ガス圧力)が変化する動圧が発生する。この動圧は、パージ用開閉弁6を開閉動作させることにより、水素ガス供給流路L1内及び燃料電池スタック1のアノード極で水素ガス流速が変化することにより発生する。   Here, when hydrogen gas is supplied to the fuel cell stack 1, the purge on-off valve 6 is operated from the closed state to the open state, or from the open state to the closed state, as shown in FIG. A dynamic pressure at which the hydrogen gas pressure (hydrogen gas pressure in the fuel cell stack 1) detected by the gas pressure sensor 13 changes is generated. This dynamic pressure is generated by changing the hydrogen gas flow rate in the hydrogen gas supply flow path L1 and the anode electrode of the fuel cell stack 1 by opening and closing the purge on-off valve 6.

すなわち、図2(b)に示すように時刻t1にてパージ用開閉弁6を閉状態から開状態とすると、水素ガス供給流路L1内での水素ガス流速が一時的に上昇して、図2(a)に示すように水素ガス圧力が一時的に低下する。そして、時刻t1〜時刻t2(パージ期間)の間、パージ用開閉弁6を開状態とすると次第に水素ガス流速が低下することにより、次第に水素ガス圧力が元の圧力値に戻る。更に、時刻t2にてパージ用開閉弁6を開状態から閉状態とすると、水素ガス供給流路L1内での水素ガス流速が一時的に低下し、水素ガス圧力が一時的に上昇する。   That is, as shown in FIG. 2B, when the purge on-off valve 6 is changed from the closed state to the open state at time t1, the hydrogen gas flow velocity in the hydrogen gas supply flow path L1 temporarily rises, As shown in 2 (a), the hydrogen gas pressure temporarily decreases. Then, when the purge on-off valve 6 is opened during time t1 to time t2 (purge period), the hydrogen gas flow rate gradually decreases, so that the hydrogen gas pressure gradually returns to the original pressure value. Further, when the purge on-off valve 6 is changed from the open state to the closed state at time t2, the hydrogen gas flow velocity in the hydrogen gas supply flow path L1 is temporarily reduced, and the hydrogen gas pressure is temporarily increased.

コントロールユニット17は、このようなパージ用開閉弁6の動作に応じた水素ガス圧力の動圧を利用して水排出処理をする。なお、この水排出処理を行うときのコントロールユニット17の詳細な処理内容については後述する。   The control unit 17 performs a water discharge process using the dynamic pressure of the hydrogen gas pressure according to the operation of the purge on-off valve 6. The detailed processing contents of the control unit 17 when performing this water discharge processing will be described later.

また、このコントロールユニット17は、水排出処理を行うときに、パージ用開閉弁6の開閉状態を制御する前に、水素ガス圧力を燃料電池スタック1の運転条件やセル電圧低下代等により設定された所定圧力値まで上昇させるように水素ガス供給調圧弁3を制御する。   Further, the control unit 17 sets the hydrogen gas pressure according to the operating conditions of the fuel cell stack 1, the cell voltage reduction margin, etc. before controlling the open / close state of the purge open / close valve 6 when performing the water discharge process. The hydrogen gas supply pressure regulating valve 3 is controlled so as to increase to the predetermined pressure value.

[第1実施形態に係る燃料電池システムの動作]
つぎに、上述した第1実施形態に係る燃料電池システムの動作について図3のフローチャートを参照して説明する。
[Operation of Fuel Cell System According to First Embodiment]
Next, the operation of the fuel cell system according to the first embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.

このフローチャートによれば、先ず、コントロールユニット17により、燃料電池スタック1を発電させる発電電力量を示す信号を入力し、目標とする運転条件にて水素ガス圧力を調整している状態において、例えば所定期間毎にステップS1以降の水排出処理を行う。なお、この状態において、パージ用開閉弁6は、閉状態となっている。   According to this flowchart, first, in the state where the control unit 17 inputs a signal indicating the amount of power generated to generate the fuel cell stack 1 and the hydrogen gas pressure is adjusted under target operating conditions, for example, The water discharge process after step S1 is performed for every period. In this state, the purge on-off valve 6 is closed.

先ず、ステップS1において、コントロールユニット17により、現在の水素ガス供給圧力を水素ガス圧力センサ13からのセンサ信号により検出し、水素ガス圧力を基準水素ガス圧力にしてステップS2に処理を進める。   First, in step S1, the current hydrogen gas supply pressure is detected by the control unit 17 from the sensor signal from the hydrogen gas pressure sensor 13, and the process proceeds to step S2 with the hydrogen gas pressure set as the reference hydrogen gas pressure.

ステップS2において、コントロールユニット17により、ステップS1で基準水素ガス圧力としている状態におけるセル電圧をセル電圧センサ16からのセンサ信号により検出して、ステップS3に処理を進める。   In step S2, the control unit 17 detects the cell voltage at the reference hydrogen gas pressure in step S1 based on the sensor signal from the cell voltage sensor 16, and proceeds to step S3.

ステップS3において、コントロールユニット17により、ステップS2で検出したセル電圧が許容下限値よりも小さいか否かを判定する。この許容下限値は、燃料電池スタック1に水詰まりが発生してセル電圧が低下したときの電圧値が予め設定されている。また、この許容下限値は、燃料電池スタック1に要求される発電電力に応じて可変させても良い。   In step S3, the control unit 17 determines whether or not the cell voltage detected in step S2 is smaller than the allowable lower limit value. The allowable lower limit value is set in advance as a voltage value when the fuel cell stack 1 is clogged with water and the cell voltage decreases. The allowable lower limit value may be varied according to the generated power required for the fuel cell stack 1.

コントロールユニット17により、セル電圧が許容下限値よりも小さいと判定したときには、アノード極にて水詰まりが発生していると判定して処理をステップS4に進め、小さくないと判定したときにはアノード極にて水詰まりによるセル電圧低下が発生していないと判定してステップS1に処理を戻す。   When the control unit 17 determines that the cell voltage is smaller than the allowable lower limit value, it is determined that water clogging has occurred at the anode electrode, and the process proceeds to step S4. Then, it is determined that the cell voltage drop due to water clogging has not occurred, and the process returns to step S1.

ステップS4において、コントロールユニット17により、水素ガス圧力を所定圧力値まで上昇させるように水素ガス供給調圧弁3を制御する。すなわち、コントロールユニット17により、燃料電池スタック1に供給する水素ガス圧力を、ステップS1での基準水素ガス圧力と、所定圧力値まで上昇させるために増加させる圧力分のパージ補正圧力との圧力和とする制御をする。ここで、所定圧力値は、燃料電池スタック1の運転条件や、ステップS2で検出したセル電圧に応じたセル電圧低下代等により設定されている。   In step S4, the hydrogen gas supply pressure regulating valve 3 is controlled by the control unit 17 so as to increase the hydrogen gas pressure to a predetermined pressure value. That is, the pressure sum of the hydrogen gas pressure supplied to the fuel cell stack 1 by the control unit 17 in step S1 and the purge correction pressure corresponding to the pressure to be increased to increase the pressure to a predetermined pressure value, To control. Here, the predetermined pressure value is set according to the operating conditions of the fuel cell stack 1, the cell voltage reduction margin according to the cell voltage detected in step S2, and the like.

ステップS4の動作によって水素ガス圧力が所定圧力値となったことを水素ガス圧力センサ13からのセンサ信号から検出すると、ステップS5に処理を進め、コントロールユニット17により、パージ用開閉弁6を閉状態から開状態にするように制御して、ステップS6に処理を進める。   When it is detected from the sensor signal from the hydrogen gas pressure sensor 13 that the hydrogen gas pressure has reached a predetermined pressure value by the operation of step S4, the process proceeds to step S5, and the control valve 17 closes the purge on-off valve 6. The control is advanced to the open state, and the process proceeds to step S6.

ステップS6において、コントロールユニット17により、パージ用開閉弁6を開状態とした後のセル電圧を検出して、セル電圧が許容下限値よりも小さいか否かを判定することにより、水詰まりが解消したか否かを判定する。コントロールユニット17により、セル電圧が許容下限値よりも小さく水詰まりが解消していないと判定したときにはステップS8に処理を進める。一方、セル電圧が許容下限値よりも大きく水詰まりが解消したと判定したときはステップS7に処理を進め、パージ用開閉弁6を閉状態にしてステップS1に処理を戻す。   In step S6, the control unit 17 detects the cell voltage after the purge on-off valve 6 is opened, and determines whether or not the cell voltage is smaller than the allowable lower limit value, thereby eliminating the water clogging. Determine whether or not. When the control unit 17 determines that the cell voltage is smaller than the allowable lower limit value and the clogging is not eliminated, the process proceeds to step S8. On the other hand, when it is determined that the cell voltage is larger than the allowable lower limit value and the water clogging has been eliminated, the process proceeds to step S7, the purge on-off valve 6 is closed, and the process returns to step S1.

ステップS8において、コントロールユニット17により、ステップS5においてパージ用開閉弁6を開状態にした時刻からの経過時間であるパージ弁開時間と設定時間とを比較し、パージ弁開時間が設定時間よりも長いか否かを判定する。この設定時間は、水詰まりによる燃料電池スタック1の機能低下を抑制するために設定された時間である。   In step S8, the control unit 17 compares the purge valve opening time, which is an elapsed time from the time when the purge opening / closing valve 6 is opened in step S5, with the set time, and the purge valve opening time is shorter than the set time. Determine whether it is long or not. This set time is a time set in order to suppress a decrease in the function of the fuel cell stack 1 due to water clogging.

コントロールユニット17により、パージ弁開時間が設定時間よりも長いと判定したときには、ステップS9に処理を進め、燃料電池スタック1の機能低下を抑制するために、燃料電池スタック1の発電を停止させるように水素ガス供給調圧弁3を閉状態にすると共に、コンプレッサ7の動作を停止させる制御をする。一方、パージ弁開時間が設定時間よりも長くないと判定したときにはステップS6に処理を戻す。   When it is determined by the control unit 17 that the purge valve opening time is longer than the set time, the process proceeds to step S9 to stop the power generation of the fuel cell stack 1 in order to suppress the deterioration of the function of the fuel cell stack 1. The hydrogen gas supply pressure regulating valve 3 is closed and the operation of the compressor 7 is stopped. On the other hand, when it is determined that the purge valve opening time is not longer than the set time, the process returns to step S6.

このような動作を行う燃料電池システムによるセル電圧、水素ガス供給流量、水素ガス圧力、パージ用開閉弁6の開閉状態の変化を図4に示す。   FIG. 4 shows changes in the cell voltage, the hydrogen gas supply flow rate, the hydrogen gas pressure, and the opening / closing state of the purge opening / closing valve 6 due to the fuel cell system performing such an operation.

コントロールユニット17は、セル電圧が低下し、時刻Aにてセル電圧が許容下限値より小さくなったことを検出すると(図4(a)、ステップS3)、所定圧力値とするように水素ガス供給調圧弁3を制御する。   When the control unit 17 detects that the cell voltage has dropped and the cell voltage has become lower than the allowable lower limit at time A (FIG. 4 (a), step S3), hydrogen gas is supplied so as to obtain a predetermined pressure value. The pressure regulating valve 3 is controlled.

そして、時刻Bにおいて水素ガス圧力を上昇させて所定圧力値とすると(図4(c)、ステップS4)、パージ用開閉弁6を開状態にする(図4(d)、ステップS5)。このとき、ステップS1での基準水素ガス圧力よりも水素ガス圧力を上昇させているために、更に時刻Bから時刻Cに亘って水素ガス圧力が低下する動圧が発生し(図4(c))、これにより、時刻Bから時刻Cに亘って水素ガス供給流量が増加し(図4(b))、アノード極内での水素ガス流速が上昇する。このように動作することにより、アノード極に滞留した水を吹き飛ばしやすくする。この結果、時刻B以降からセル電圧を上昇させ、セル電圧が許容下限値よりも大きくなったことを検出すると、時刻Dにてパージ用開閉弁6を閉状態にする(図4(d)、ステップS7)。   When the hydrogen gas pressure is increased to a predetermined pressure value at time B (FIG. 4 (c), step S4), the purge opening / closing valve 6 is opened (FIG. 4 (d), step S5). At this time, since the hydrogen gas pressure is increased above the reference hydrogen gas pressure in step S1, a dynamic pressure is generated in which the hydrogen gas pressure further decreases from time B to time C (FIG. 4C). Thus, the hydrogen gas supply flow rate increases from time B to time C (FIG. 4B), and the hydrogen gas flow velocity in the anode electrode increases. By operating in this way, it is easy to blow off the water retained in the anode electrode. As a result, when the cell voltage is increased after time B and it is detected that the cell voltage has become larger than the allowable lower limit value, the purge on-off valve 6 is closed at time D (FIG. 4 (d), Step S7).

なお、図4に示す一例において、時刻B〜時刻Cの水素ガス圧力低下分は、パージ用開閉弁6を開状態にした時点にて水素ガスの供給量が不足になるために発生する。また、時刻D以降の水素ガス圧力上昇分は、パージ用開閉弁6を閉状態するのに要する期間に対する水素ガス供給調圧弁3が所定圧力値から通常の圧力値に戻すのに要する期間の遅れにより発生する。   In the example shown in FIG. 4, the hydrogen gas pressure drop from time B to time C occurs because the supply amount of hydrogen gas becomes insufficient when the purge on-off valve 6 is opened. Further, the increase in the hydrogen gas pressure after time D is a delay in the period required for the hydrogen gas supply pressure regulating valve 3 to return from the predetermined pressure value to the normal pressure value with respect to the period required for closing the purge on-off valve 6. Caused by.

なお、カソード極側の加湿された空気中の水蒸気の凝縮、及び生成水による水詰まりを解消するためには例えば、コンプレッサ7の流量を上昇させることで空気の動圧を発生させる。   In order to eliminate the condensation of water vapor in the humidified air on the cathode electrode side and the clogging due to the generated water, for example, the dynamic pressure of the air is generated by increasing the flow rate of the compressor 7.

[第1実施形態に係る燃料電池システムの効果]
以上、詳細に説明したように、第1実施形態に係る燃料電池システムによれば、加湿器5により加湿した水素ガス中の水蒸気の凝縮によって燃料電池スタック1のアノード極において発生する水詰まりを解消する。
[Effect of the fuel cell system according to the first embodiment]
As described above in detail, according to the fuel cell system according to the first embodiment, water clogging generated at the anode electrode of the fuel cell stack 1 due to condensation of water vapor in the hydrogen gas humidified by the humidifier 5 is eliminated. To do.

また、この第1実施形態に係る燃料電池システムでは、パージ用開閉弁6を開状態にした直後の動圧を大きくするために、水素ガス圧力を所定圧力値まで上昇させた後にパージ用開閉弁6を開状態にするので、動圧を増加させて水素ガス流速を上昇させることができ、アノード極での排水を効率的に行うことができる。すなわち、この燃料電池システムによれば、燃料電池スタック1に要求される発電電力によって水素ガス圧力の調整を行って単にパージ用開閉弁6を開状態にする動作と比較して、パージ用開閉弁6を開状態にした直後の動圧を大きくすることができる。   Further, in the fuel cell system according to the first embodiment, in order to increase the dynamic pressure immediately after opening the purge on-off valve 6, the purge on-off valve is increased after the hydrogen gas pressure is increased to a predetermined pressure value. 6 is in an open state, the dynamic pressure can be increased to increase the hydrogen gas flow rate, and drainage at the anode electrode can be performed efficiently. That is, according to this fuel cell system, the purge on-off valve is compared with the operation in which the hydrogen gas pressure is adjusted by the generated power required for the fuel cell stack 1 and the purge on-off valve 6 is simply opened. It is possible to increase the dynamic pressure immediately after opening 6.

したがって、この燃料電池システムによれば、パージ用開閉弁6を開状態にしている期間を短縮することができるので、パージ用開閉弁6を開状態にすることによる水素ガス排出量を少なくすることができ、効率的にアノード極側の排水を行うことができる。このように、燃料電池システムによれば、効率的に排水を行うことにより、水素ガスの燃費向上を実現できると共に、排水時間の短縮をするための空気圧力及び水素ガス圧力の低下、発電出力低下、発電による生成ガス低減を行う必要なく、発電出力に影響を与えることなく発電出力を維持したまま排水効率を向上させることができる。   Therefore, according to this fuel cell system, the period during which the purge on-off valve 6 is open can be shortened, so that the amount of hydrogen gas discharged by opening the purge on-off valve 6 can be reduced. Thus, drainage on the anode electrode side can be performed efficiently. As described above, according to the fuel cell system, by efficiently draining water, it is possible to improve the fuel efficiency of hydrogen gas, reduce the air pressure and hydrogen gas pressure to reduce drainage time, and reduce the power generation output. Further, it is possible to improve drainage efficiency while maintaining the power generation output without affecting the power generation output without having to reduce the generated gas by power generation.

[第2実施形態に係る燃料電池システムの構成]
つぎに、第2実施形態に係る燃料電池システムについて図5を参照して説明する。なお、上述した第1実施形態に係る燃料電池システムと同じ部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
[Configuration of Fuel Cell System According to Second Embodiment]
Next, a fuel cell system according to a second embodiment will be described with reference to FIG. The same parts as those of the fuel cell system according to the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図5に示す第2実施形態に係る燃料電池システムは、水素ガス循環流路L2に第1パージ用開閉弁18,第2パージ用開閉弁19を設けた点で、第1実施形態に係る燃料電池システムとは異なる。   The fuel cell system according to the second embodiment shown in FIG. 5 is the fuel according to the first embodiment in that the first purge on-off valve 18 and the second purge on-off valve 19 are provided in the hydrogen gas circulation passage L2. Different from battery system.

このような燃料電池システムにおいて、コントロールユニット17は、第1実施形態と同様に、セル電圧センサ16からのセンサ信号により燃料電池スタック1のセル電圧低下を検出し、第1パージ用開閉弁18及び/又は第2パージ用開閉弁19を開状態にする水排出処理を行う。   In such a fuel cell system, as in the first embodiment, the control unit 17 detects a drop in the cell voltage of the fuel cell stack 1 from the sensor signal from the cell voltage sensor 16, and the first purge on-off valve 18 and // A water discharge process for opening the second purge on-off valve 19 is performed.

[第2実施形態に係る燃料電池システムの動作]
つぎに、上述した第2実施形態に係る燃料電池システムの動作について図6のフローチャートを参照して説明する。
[Operation of Fuel Cell System According to Second Embodiment]
Next, the operation of the fuel cell system according to the second embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.

図6によれば、ステップS4の処理の次のステップS11において、コントロールユニット17により、第1パージ用開閉弁18のみを開状態にする制御をする。そして、ステップS6において、セル電圧が許容下限値よりも大きくなったと判定したら、ステップS12において第1パージ用開閉弁18を閉状態にして処理を終了する。   According to FIG. 6, in step S <b> 11 next to the processing in step S <b> 4, the control unit 17 controls to open only the first purge on / off valve 18. If it is determined in step S6 that the cell voltage has become larger than the allowable lower limit value, the first purge on / off valve 18 is closed in step S12, and the process is terminated.

ステップS6においてセル電圧が許容下限値よりも小さいと判定したときにはステップS8に処理を進め、コントロールユニット17により、ステップS11にて第1パージ用開閉弁18を開状態にした時刻からの経過時間であるパージ開時間が第1設定時間よりも大きいか否かを判定して、パージ開時間が第1設定時間より長くなったと判定したらステップS13に処理を進める。   When it is determined in step S6 that the cell voltage is smaller than the allowable lower limit value, the process proceeds to step S8, and the control unit 17 performs the elapsed time from the time when the first purge opening / closing valve 18 is opened in step S11. It is determined whether or not a certain purge open time is longer than the first set time. If it is determined that the purge open time is longer than the first set time, the process proceeds to step S13.

ステップS13において、コントロールユニット17により、第2パージ用開閉弁19を開状態にするように制御する。これにより、第1パージ用開閉弁18及び第2パージ用開閉弁19の双方を開状態にし、第1パージ用開閉弁18及び第2パージ用開閉弁19から水素ガス循環流路L2内のガスを排出する状態とする。   In step S13, the control unit 17 controls the second purge on-off valve 19 to be opened. As a result, both the first purge on-off valve 18 and the second purge on-off valve 19 are opened, and the gas in the hydrogen gas circulation flow path L2 from the first purge on-off valve 18 and the second purge on-off valve 19 is opened. Is in a state of discharging.

ステップS14において、コントロールユニット17により、第1パージ用開閉弁18及び第2パージ用開閉弁19を開状態にしたことによりセル電圧が許容下限値よりも小さくなったか否かを判定する。セル電圧が許容下限値よりも小さくないと判定したときにはステップS15に処理を進め、コントロールユニット17により第2パージ用開閉弁19を閉状態にし、更にステップS12にて第1パージ用開閉弁18を閉状態にする。   In step S14, the control unit 17 determines whether or not the cell voltage has become smaller than the allowable lower limit value by opening the first purge on-off valve 18 and the second purge on-off valve 19. When it is determined that the cell voltage is not smaller than the allowable lower limit value, the process proceeds to step S15, the second purge on / off valve 19 is closed by the control unit 17, and the first purge on / off valve 18 is further closed in step S12. Close.

一方、セル電圧が許容下限値よりも小さいと判定したときにはステップS16に処理を進め、ステップS13にて第2パージ用開閉弁19を開状態にした時刻からのパージ開時間が第2設定時間より長くなったか否かを判定する。パージ開時間が第2設定時間よりも長くなったときにはステップS9に処理を進め、長くないときにはステップS14に処理を戻して第1パージ用開閉弁18及び第2パージ用開閉弁19の双方を開状態にしている状態を保持する。   On the other hand, when it is determined that the cell voltage is smaller than the allowable lower limit value, the process proceeds to step S16, and the purge open time from the time when the second purge on-off valve 19 is opened in step S13 is less than the second set time. It is determined whether or not it has become longer. If the purge opening time is longer than the second set time, the process proceeds to step S9. If not, the process returns to step S14 to open both the first purge on-off valve 18 and the second purge on-off valve 19. Keep the state that is in the state.

なお、第1設定時間及び第2設定時間は、その和が第1実施形態における設定時間となるように設定しても良く、第1実施形態における設定時間を等分した時間としても良い。   The first set time and the second set time may be set so that the sum thereof becomes the set time in the first embodiment, or may be a time obtained by equally dividing the set time in the first embodiment.

[第2実施形態に係る燃料電池システムの効果]
以上、詳細に説明したように、第2実施形態に係る燃料電池システムによれば、ステップS11にて第1パージ用開閉弁18を開状態にしてもセル電圧が許容下限値よりも大きくならない場合には、ステップS13にて第2パージ用開閉弁19をも開状態にするので、第1実施形態と比較して、更に水素ガス循環流路L2内の総ガス排出流量を増加することができ、更に動圧を増加させることができる。したがって、この燃料電池システムによれば、セル電圧が許容下限値にまで回復するのにある程度の期間を要する場合に短時間で水排出を行うことができ、効果的に水排出を行うことができる。
[Effect of the fuel cell system according to the second embodiment]
As described above in detail, according to the fuel cell system according to the second embodiment, the cell voltage does not become larger than the allowable lower limit value even if the first purge on-off valve 18 is opened in step S11. In step S13, since the second purge on-off valve 19 is also opened, the total gas discharge flow rate in the hydrogen gas circulation passage L2 can be further increased as compared with the first embodiment. Further, the dynamic pressure can be increased. Therefore, according to this fuel cell system, when a certain period of time is required for the cell voltage to recover to the allowable lower limit value, water can be discharged in a short time, and water can be discharged effectively. .

なお、以下に説明する燃料電池システムでは、2つの第1パージ用開閉弁18,第2パージ用開閉弁19を設けた場合について説明したが、これに限るものではなく、更に多くのパージ用開閉弁を設けても同様の効果を得ることができるのは勿論である。   In the fuel cell system described below, the case where the two first purge opening / closing valves 18 and the second purge opening / closing valve 19 are provided has been described. However, the present invention is not limited to this, and more purge opening / closing valves are provided. Of course, the same effect can be obtained even if a valve is provided.

[燃料電池システムの他の動作例]
つぎに、上述した第1実施形態に係る燃料電池システム、第2実施形態に係る燃料電池システムにおける他の動作例として、第1動作例、第2動作例、第3動作例について説明する。なお、以下に説明する動作例では、第1実施形態にて使用した符号を付することによりその詳細な説明を省略するが、第2実施形態に係る燃料電池システムであっても適用可能である。
[Other examples of fuel cell system operation]
Next, a first operation example, a second operation example, and a third operation example will be described as other operation examples in the fuel cell system according to the first embodiment and the fuel cell system according to the second embodiment. In the operation example described below, the detailed description is omitted by attaching the reference numerals used in the first embodiment, but the fuel cell system according to the second embodiment is also applicable. .

「第1動作例」
第1動作例では、パージ用開閉弁6を開状態にしてもセル電圧が回復しない場合において、水素ガス圧力を段階的に上昇させる動作を行う。
"First operation example"
In the first operation example, when the cell voltage does not recover even when the purge on-off valve 6 is opened, an operation of increasing the hydrogen gas pressure stepwise is performed.

すなわち、図7に示すように、ステップS5において、パージ用開閉弁6を開状態にしても、セル電圧が所定下限値よりも小さく(ステップS6)、且つパージ用開閉弁6を開状態にした時刻からの経過時間が設定時間よりも短いときに(ステップS8)、ステップS21の処理に移行する。   That is, as shown in FIG. 7, even if the purge opening / closing valve 6 is opened in step S5, the cell voltage is smaller than the predetermined lower limit (step S6), and the purge opening / closing valve 6 is opened. When the elapsed time from the time is shorter than the set time (step S8), the process proceeds to step S21.

ステップS21においては、コントロールユニット17により、現在燃料電池スタック1に供給している水素ガス圧力を水素ガス圧力センサ13からのセンサ信号より取得し、現在の水素ガス圧力と予め設定した許容上限圧力とを比較する。この許容上限圧力は、例えば燃料電池スタック1内の空気圧力との関係から、燃料電池スタック1の機能低下が発生しない程度の圧力値とするように設定されている。   In step S21, the hydrogen gas pressure currently supplied to the fuel cell stack 1 is obtained from the sensor signal from the hydrogen gas pressure sensor 13 by the control unit 17, and the current hydrogen gas pressure and a preset allowable upper limit pressure are obtained. Compare This allowable upper limit pressure is set to a pressure value that does not cause a deterioration in the function of the fuel cell stack 1 from the relationship with the air pressure in the fuel cell stack 1, for example.

現在の水素ガス圧力が許容上限圧力よりも大きくないと判定したときには、ステップS22に処理を進め、燃料電池スタック1に供給する水素ガス圧力を、所定上昇圧力分(α)だけ高くするように水素ガス供給調圧弁3を制御してステップS6に処理を戻す。これにより、燃料電池スタック1に供給する水素ガス圧力を、ステップS4における基準水素ガス圧力とパージ補正圧力と所定上昇圧力(α)との圧力和とする。   When it is determined that the current hydrogen gas pressure is not greater than the allowable upper limit pressure, the process proceeds to step S22, and the hydrogen gas pressure supplied to the fuel cell stack 1 is increased so as to increase by a predetermined increase pressure (α). The gas supply pressure regulating valve 3 is controlled, and the process returns to step S6. Accordingly, the hydrogen gas pressure supplied to the fuel cell stack 1 is set to the sum of the reference hydrogen gas pressure, the purge correction pressure, and the predetermined increase pressure (α) in step S4.

この燃料電池システムでは、パージ用開閉弁6を開状態にした後に、セル電圧が許容下限値であって、パージ開時間が設定時間よりも短く、更に水素ガス圧力が許容上限圧力より小さい場合に、ステップS6、ステップS8、ステップS21、ステップS22の処理を繰り返して行うことにより、水素ガス圧力を段階的に上昇させる。一方、ステップS21において、水素ガス圧力が許容上限圧力よりも大きくなった場合には、コントロールユニット17によりステップS9に処理を進めて燃料電池スタック1の発電を停止させる制御をする。   In this fuel cell system, after the purge on-off valve 6 is opened, the cell voltage is at the allowable lower limit value, the purge open time is shorter than the set time, and the hydrogen gas pressure is lower than the allowable upper limit pressure. The hydrogen gas pressure is increased stepwise by repeatedly performing the processes of step S6, step S8, step S21, and step S22. On the other hand, when the hydrogen gas pressure becomes larger than the allowable upper limit pressure in step S21, the control unit 17 advances the process to step S9 to perform control to stop the power generation of the fuel cell stack 1.

このような動作を行う燃料電池システムによれば、段階的に水素ガス圧力を上昇させることにより、更に動圧を増加させることができ、アノード極での排水をより効率的に行うことができる。   According to the fuel cell system performing such an operation, by increasing the hydrogen gas pressure in stages, the dynamic pressure can be further increased, and drainage at the anode electrode can be performed more efficiently.

「第2動作例」
第2動作例では、セル電圧が許容下限値より小さいと判定してパージ用開閉弁6を閉状態から開状態にした後に、パージ開時間内においてパージ用開閉弁6を周期的に開閉動作させる。
"Second operation example"
In the second operation example, it is determined that the cell voltage is smaller than the allowable lower limit value, and the purge on-off valve 6 is opened from the closed state to the open state, and then the purge on-off valve 6 is periodically opened and closed within the purge open time. .

すなわち、図8(b)に示すように、時刻t11から時刻t12までのパージ開時間において、コントロールユニット17により、時刻t11〜時刻t13、時刻t14〜時刻t15、時刻t16〜時刻t12の期間ではパージ用開閉弁6を開状態にし、時刻t13〜時刻t14、時刻t15〜時刻t16の期間ではパージ用開閉弁6を閉状態にすることにより、周期的にパージ用開閉弁6を開状態、閉状態で切換動作させる。このようにパージ用開閉弁6を開閉制御する周期は、運転条件、セル電圧の回復度合い等により決定されてコントロールユニット17により制御する。   That is, as shown in FIG. 8B, during the purge opening time from time t11 to time t12, the control unit 17 performs the purge during the period from time t11 to time t13, time t14 to time t15, and time t16 to time t12. The purge on-off valve 6 is opened, and the purge on-off valve 6 is closed during the period from time t13 to time t14 and from time t15 to time t16, so that the purge on-off valve 6 is periodically opened and closed. Switch operation with. The cycle for controlling the opening / closing of the purge on / off valve 6 in this way is determined by the operating conditions, the degree of recovery of the cell voltage, and the like, and is controlled by the control unit 17.

このような動作をさせることにより、図8(a)に示すように水素ガス圧力の変動回数を多くすることができる。したがって、この燃料電池システムによれば、水素ガス圧力の動圧発生回数を多くすることができ、アノード極での排水をより効率的に行うことができる。   By performing such an operation, the number of fluctuations of the hydrogen gas pressure can be increased as shown in FIG. Therefore, according to this fuel cell system, the number of occurrences of the dynamic pressure of the hydrogen gas pressure can be increased, and drainage at the anode electrode can be performed more efficiently.

また、この燃料電池システムによれば、ステップS4の処理の後に周期的にパージ用開閉弁6を開閉制御することにより、動圧を増加させると共に動圧発生回数を多くする相乗作用を発揮させることができ、パージ開時間におけるパージ用開閉弁6からの総水素ガス排出量が少なくても効率的に排水をすることができる。   Further, according to this fuel cell system, the synergistic effect of increasing the dynamic pressure and increasing the number of occurrences of the dynamic pressure is exhibited by periodically controlling the opening / closing of the purge on-off valve 6 after the process of step S4. Therefore, even if the total hydrogen gas discharge amount from the purge on-off valve 6 during the purge opening time is small, the drainage can be efficiently performed.

なお、この第2動作例では、ステップS4において水素ガス圧力を増加させた後に行う場合について説明したが、水素ガス圧力を増加させずにパージ用開閉弁6を開閉制御した場合であっても、水素ガス圧力の動圧発生回数を多くしてアノード極での排水を効率的に行うことができる。   In the second operation example, the case where the hydrogen gas pressure is increased in step S4 has been described. However, even if the purge on-off valve 6 is controlled to open and close without increasing the hydrogen gas pressure, Drainage at the anode electrode can be efficiently performed by increasing the number of times of dynamic pressure generation of the hydrogen gas pressure.

「第3動作例」
第3動作例では、ステップS4において、水素ガス圧力を上昇させると共に、空気圧力も上昇させる動作をすることによりアノード極とカソード極との差圧を規定値以下とし、更にカソード極の空気圧力を上昇させる前の空気流量を保持するように空気流量を上昇させる。
"Third operation example"
In the third operation example, in step S4, the pressure of the hydrogen gas is increased and the air pressure is also increased so that the differential pressure between the anode and the cathode is less than a specified value, and the air pressure of the cathode is further increased. The air flow rate is increased so as to maintain the air flow rate before the air flow.

すなわち、図9に示すように、セル電圧が低下したことに応じ(図9(a))、ステップS4において水素ガス圧力及び水素ガス流量を上昇させると共に(図9(c)、(b))、空気圧力上昇させることにより(図9(e))、空気供給流量を増加させる(図9(f))。その後、パージ用開閉弁6を開状態にして水素ガス圧力の動圧を発生させる(図9(d))。このとき、コントロールユニット17により、空気圧力センサ14からのセンサ信号を参照して空気圧力を上昇させるように空気調圧弁8を制御すると共に、空気流量センサ15からのセンサ信号を参照しながらコンプレッサ7を制御することにより空気流量を増加させて、目標とする空気流量とする。   That is, as shown in FIG. 9, in response to the decrease in the cell voltage (FIG. 9A), the hydrogen gas pressure and the hydrogen gas flow rate are increased in step S4 (FIGS. 9C and 9B). By increasing the air pressure (FIG. 9E), the air supply flow rate is increased (FIG. 9F). Thereafter, the purge on-off valve 6 is opened to generate a dynamic pressure of hydrogen gas pressure (FIG. 9D). At this time, the control unit 17 controls the air pressure control valve 8 so as to increase the air pressure with reference to the sensor signal from the air pressure sensor 14, and the compressor 7 while referring to the sensor signal from the air flow rate sensor 15. Is controlled to increase the air flow rate to a target air flow rate.

このような動作をさせることにより、燃料電池スタック1からの発電出力を変化させずに空気圧力を上昇させた場合の空気流量を一定とすると、空気圧力が上昇したことにより空気流量が減少し、カソード極での空気流速が減って排水効率が低下することを防止することができる。したがって、この燃料電池システムによれば、空気圧力を上昇させた場合であっても、空気流速を保って排水効率を維持することができる。   By making such an operation, if the air flow rate when the air pressure is increased without changing the power generation output from the fuel cell stack 1 is constant, the air flow rate decreases due to the increase in air pressure, It can be prevented that the air flow rate at the cathode electrode decreases and the drainage efficiency decreases. Therefore, according to this fuel cell system, even when the air pressure is increased, the air flow rate can be maintained and the drainage efficiency can be maintained.

なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。   The above-described embodiment is an example of the present invention. For this reason, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made depending on the design and the like as long as the technical idea according to the present invention is not deviated from this embodiment. Of course, it is possible to change.

本発明を適用した第1実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the fuel cell system which concerns on 1st Embodiment to which this invention is applied. パージ用開閉弁を閉状態から開状態にし、パージ期間後に閉状態にしたときの水素ガス圧力の変化を説明するための図であり、(a)は水素ガス圧力の時間変化を示し、(b)はパージ用開閉弁の開閉状態の時間変化を示す。It is a figure for demonstrating the change of hydrogen gas pressure when changing the purge on-off valve from a closed state to an open state, and making it a closed state after a purge period, (a) shows a time change of hydrogen gas pressure, (b ) Shows the time change of the open / close state of the purge on-off valve. 本発明を適用した第1実施形態に係る燃料電池システムによる水排出処理の動作手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement procedure of the water discharge process by the fuel cell system which concerns on 1st Embodiment to which this invention is applied. 水排出処理を行ったときにおけるセル電圧、水素ガス流量、水素ガス圧力、パージ用開閉弁の開閉状態の関係を示す図であり、(a)はセル電圧の時間変化を示し、(b)は水素ガス流量の時間変化を示し、(c)は水素ガス圧力の変化を示し、(d)パージ用開閉弁の開閉状態の時間変化を示す。It is a figure which shows the relationship between the cell voltage, hydrogen gas flow rate, hydrogen gas pressure, and the opening / closing state of the purge on-off valve when water discharge processing is performed, (a) shows the time change of the cell voltage, (b) The change in the hydrogen gas flow rate over time is shown, (c) shows the change in hydrogen gas pressure, and (d) shows the change over time in the open / close state of the purge on-off valve. 本発明を適用した第2実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment to which this invention is applied. 本発明を適用した第2実施形態に係る燃料電池システムによる水排出処理の動作手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement procedure of the water discharge process by the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment to which this invention is applied. 本発明を適用した燃料電池システムの第1動作例における処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence in the 1st operation example of the fuel cell system to which this invention is applied. 本発明を適用した燃料電池システムの第2動作例を説明するための図であり、(a)は水素ガス圧力の時間変化を示し、(b)はパージ用開閉弁の開閉状態の時間変化を示す。It is a figure for demonstrating the 2nd example of operation | movement of the fuel cell system to which this invention is applied, (a) shows the time change of hydrogen gas pressure, (b) shows the time change of the opening-closing state of the purge on-off valve. Show. 本発明を適用した燃料電池システムの第3動作例を説明するための図であり、(a)はセル電圧の時間変化を示し、(b)は水素ガス流量の時間変化を示し、(c)は水素ガス圧力の変化を示し、(d)パージ用開閉弁の開閉状態の時間変化を示し、(e)は空気圧力の時間変化を示し、(f)は空気流量の時間変化を示す。It is a figure for demonstrating the 3rd operation example of the fuel cell system to which this invention is applied, (a) shows the time change of a cell voltage, (b) shows the time change of a hydrogen gas flow rate, (c) Represents a change in hydrogen gas pressure, (d) a time change in the open / close state of the purge on-off valve, (e) a time change in air pressure, and (f) a time change in air flow rate.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池スタック
2 水素タンク
3 水素ガス供給調圧弁
4 水素循環装置
5 加湿器
6 パージ用開閉弁
7 コンプレッサ
8 空気調圧弁
9 水タンク
10 水ポンプ
11 ラジエータ
12 ラジエータファン
13 水素ガス圧力センサ
14 空気圧力センサ
15 空気流量センサ
16 セル電圧センサ
17 コントロールユニット
L1 水素ガス供給流路
L2 水素ガス循環流路
L3 空気供給流路
L4 空気排出流路
L5 水循環流路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell stack 2 Hydrogen tank 3 Hydrogen gas supply pressure regulating valve 4 Hydrogen circulation device 5 Humidifier 6 Purge open / close valve 7 Compressor 8 Air pressure regulating valve 9 Water tank 10 Water pump 11 Radiator 12 Radiator fan 13 Hydrogen gas pressure sensor 14 Air pressure Sensor 15 Air flow sensor 16 Cell voltage sensor 17 Control unit L1 Hydrogen gas supply flow path L2 Hydrogen gas circulation flow path L3 Air supply flow path L4 Air discharge flow path L5 Water circulation flow path

Claims (6)

電解質膜を酸化剤極と燃料極とにより挟んで構成されたセル構造体を複数積層し、上記酸化剤極側に酸化剤ガスが供給されると共に、上記燃料極側に燃料ガスが供給されて発電する燃料電池と、上記燃料電池に酸化剤ガス及び燃料ガスを供給するガス供給手段と、上記燃料電池の燃料ガス出口と燃料ガス入口とを挿通する燃料循環路と、この燃料循環路に設けられ、上記燃料循環路内の気体の一部を外部に放出するパージ弁とを有する燃料電池システムを制御する燃料電池システムの制御装置において、
上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さいと判定した場合に、燃料ガス圧力を上昇させるように上記ガス供給手段を制御した後に上記パージ弁を閉状態から開状態にする制御をし、上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも大きいと判定した場合に上記パージ弁を開状態から閉状態にする制御をすることを特徴とする燃料電池システムの制御装置。
A plurality of cell structures each having an electrolyte membrane sandwiched between an oxidant electrode and a fuel electrode are stacked, an oxidant gas is supplied to the oxidant electrode side, and a fuel gas is supplied to the fuel electrode side. A fuel cell for generating electricity; a gas supply means for supplying an oxidant gas and a fuel gas to the fuel cell; a fuel circulation path through which the fuel gas outlet and the fuel gas inlet of the fuel cell are inserted; and a fuel circulation path provided in the fuel circulation path A control device for a fuel cell system that controls a fuel cell system having a purge valve that discharges part of the gas in the fuel circulation path to the outside,
When it is determined that the cell voltage of the fuel cell is smaller than a predetermined value, the purge valve is controlled from a closed state to an open state after controlling the gas supply means to increase the fuel gas pressure, and A control apparatus for a fuel cell system, wherein when the cell voltage of the fuel cell is determined to be greater than a predetermined value, the purge valve is controlled to be closed from an open state.
電解質膜を酸化剤極と燃料極とにより挟んで構成されたセル構造体を複数積層し、上記酸化剤極側に酸化剤ガスが供給されると共に、上記燃料極側に燃料ガスが供給されて発電する燃料電池と、上記燃料電池に酸化剤ガス及び燃料ガスを供給するガス供給手段と、上記燃料電池の燃料ガス出口と燃料ガス入口とを挿通する燃料循環路と、この燃料循環路に設けられ、上記燃料循環路内の気体の一部を外部に放出するパージ弁とを有する燃料電池システムを制御する燃料電池システムの制御装置において、
上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さいと判定した場合に、上記パージ弁を周期的に開閉制御し、上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも大きいと判定した場合に上記パージ弁を閉状態にする制御をすることを特徴とする燃料電池システムの制御装置。
A plurality of cell structures each having an electrolyte membrane sandwiched between an oxidant electrode and a fuel electrode are stacked, an oxidant gas is supplied to the oxidant electrode side, and a fuel gas is supplied to the fuel electrode side. A fuel cell for generating electricity; a gas supply means for supplying an oxidant gas and a fuel gas to the fuel cell; a fuel circulation path through which the fuel gas outlet and the fuel gas inlet of the fuel cell are inserted; and a fuel circulation path provided in the fuel circulation path A control device for a fuel cell system that controls a fuel cell system having a purge valve that discharges part of the gas in the fuel circulation path to the outside,
When the cell voltage of the fuel cell is determined to be lower than a predetermined value, the purge valve is periodically controlled to open and close, and when the cell voltage of the fuel cell is determined to be higher than the predetermined value, the purge valve is A control device for a fuel cell system, wherein the control is performed to close the fuel cell system.
電解質膜を酸化剤極と燃料極とにより挟んで構成されたセル構造体を複数積層し、上記酸化剤極側に酸化剤ガスが供給されると共に、上記燃料極側に燃料ガスが供給されて発電する燃料電池と、上記燃料電池に酸化剤ガス及び燃料ガスを供給するガス供給手段と、上記燃料電池の燃料ガス出口と燃料ガス入口とを挿通する燃料循環路と、この燃料循環路に設けられ、上記燃料循環路内の気体の一部を外部に放出するパージ弁とを有する燃料電池システムを制御する燃料電池システムの制御装置において、
上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さいと判定した場合に、燃料ガス圧力を上昇させるように上記ガス供給手段を制御した後に上記パージ弁を周期的に開閉制御し、上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも大きいと判定した場合に上記パージ弁を閉状態にする制御をすることを特徴とする燃料電池システムの制御装置。
A plurality of cell structures each having an electrolyte membrane sandwiched between an oxidant electrode and a fuel electrode are stacked, an oxidant gas is supplied to the oxidant electrode side, and a fuel gas is supplied to the fuel electrode side. A fuel cell for generating electricity; a gas supply means for supplying an oxidant gas and a fuel gas to the fuel cell; a fuel circulation path through which the fuel gas outlet and the fuel gas inlet of the fuel cell are inserted; and a fuel circulation path provided in the fuel circulation path A control device for a fuel cell system that controls a fuel cell system having a purge valve that discharges part of the gas in the fuel circulation path to the outside,
When the cell voltage of the fuel cell is determined to be lower than a predetermined value, the purge valve is periodically opened and closed after controlling the gas supply means so as to increase the fuel gas pressure, and the cell of the fuel cell A control apparatus for a fuel cell system, wherein when the voltage is determined to be greater than a predetermined value, the purge valve is controlled to be closed.
上記燃料電池システムは、上記燃料循環路に複数のパージ弁を有し、
上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さいと判定した場合に少なくとも一のパージ弁を開状態にする制御をし、前記一のパージ弁を開状態にしてから所定期間経過後において上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さいと判定した場合に他のパージ弁を開状態にする制御をし、上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも大きいと判定した場合に開状態としたパージ弁を閉状態にする制御することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れかに記載の燃料電池システムの制御装置。
The fuel cell system has a plurality of purge valves in the fuel circulation path,
When it is determined that the cell voltage of the fuel cell is lower than a predetermined value, at least one purge valve is controlled to open, and the fuel cell is operated after a predetermined period has elapsed since the one purge valve was opened. The purge valve is controlled to open another purge valve when it is determined that the cell voltage of the fuel cell is lower than a predetermined value, and is opened when it is determined that the cell voltage of the fuel cell is higher than the predetermined value. The control device for a fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the control is performed to close the fuel cell.
上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さいと判定した場合に、燃料ガス圧力を段階的に上昇させるように上記ガス供給手段を制御することを特徴とする請求項1又は請求項3に記載の燃料電池システムの制御装置。   The gas supply means is controlled to increase the fuel gas pressure stepwise when it is determined that the cell voltage of the fuel cell is smaller than a predetermined value. Fuel cell system control device. 上記燃料電池のセル電圧が所定値よりも小さいと判定した場合に、燃料ガス圧力を上昇させると共に、上記酸化剤極における酸化剤ガス流量を保持するように上記ガス供給手段を制御することを特徴とする請求項1、請求項3又は請求項5に記載の燃料電池システムの制御装置。   When it is determined that the cell voltage of the fuel cell is smaller than a predetermined value, the fuel gas pressure is increased, and the gas supply means is controlled to maintain the oxidant gas flow rate at the oxidant electrode. The control device for a fuel cell system according to claim 1, 3 or 5.
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