JP2007059321A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 燃料電池システムの起動時に、水素ガス循環流路9に設けた遮断弁10を閉じて、パージ弁11を開放し、ガス循環装置8によりアノード4に残留したガスを掃気することで、アノード4の圧力を負圧(大気圧より低い圧力)に制御する。負圧の目標値は、温度、アノードの酸素濃度(または水素濃度)、前回の燃料電池停止からの経過時間に応じて変更してもよい。アノード圧力を負圧にした後に、圧力調整弁6及び遮断弁10を開くとともに、パージ弁11を閉じて、アノード4へ水素ガス供給を開始すると共に、燃料ガス循環を開始する。
【選択図】 図1
Description
ここで、
燃料ガス供給装置から供給される供給燃料ガス流量Qs、
吸引装置による循環される循環ガス流量Qr、
循環ガス流量Qr=循環燃料ガス流量Qrh+循環不活性ガス流量Qri
総流量Qt=供給燃料ガス流量Qs+循環ガス流量Qr
である。
ここで、
水素ガス供給装置1から供給される供給水素ガス流量Qs、
ガス循環装置8により循環される循環ガス流量Qr、
循環ガス流量Qr=循環水素ガス流量Qrh+循環不活性ガス流量Qri
総流量Qt=供給水素ガス流量Qs+循環ガス流量Qr
である。
2…空気コンプレッサ
3…燃料電池スタック
4…アノード
5…カソード
6…圧力調整弁
7…配管
8…ガス循環装置
9…水素ガス循環流路
10…遮断弁
11…流量制御弁(パージ弁)
12…配管
13…アフタークーラ
14…加湿器
15…配管
16…配管
17…圧力調整弁
18…配管
19…システム制御装置
20…経過時間計測部
21…異常検出部
22…警報発生装置
23…圧力センサ
24…温度センサ
25…酸素濃度センサ(あるいは水素濃度センサ)
26…圧力センサ
27…温度センサ
Claims (13)
- アノード及びカソードが対設された燃料電池スタックと、該燃料電池スタックのアノードへ燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、前記燃料電池スタックのカソードへ酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、アノードの圧力を検出するアノード圧力検出手段と、アノード圧力を制御するアノード圧力制御手段と、アノードから排出されるアノードオフガスを吸引する吸引装置と、前記吸引装置を介してアノードオフガスをアノードへ再度供給するための循環経路と、前記循環経路からアノードオフガスを外部へ排出する排出経路と、前記循環経路と前記排出経路とを切り替える切替装置と、を備えた燃料電池システムにおいて、
燃料電池システムの起動時に、前記切替装置は前記排出経路を選択し、前記吸引装置により吸引したアノードオフガスを排出経路から排出し、前記アノード圧力検出手段の検出値が予め設定された負圧以下となった後に、前記切替装置は前記循環経路を選択し、前記吸引装置により吸引したアノードオフガスをアノードへ循環するとともに、前記燃料ガス供給装置からアノードへ燃料ガスの供給を開始することを特徴とする燃料電池システム。 - 前記燃料ガスの供給開始後、前記アノード圧力制御手段がアノード圧力を前記負圧から目標運転圧力まで所定時間で増大させ、
前記負圧は、前記燃料ガス供給装置が供給する燃料ガスと前記吸引装置からアノードへ循環供給されるアノードオフガスとの混合ガス中の水素濃度または酸素濃度が、燃料電池スタックの構成部品を劣化させることのない水素濃度以上、または燃料電池スタックの構成部品を劣化させることのない酸素濃度未満となる圧力に設定され、
前記所定時間は、前記吸引装置により循環供給される残留ガスが前記循環経路を少なくとも1周循環する時間より長く設定したことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記切替装置は、前記循環経路を遮断する遮断用開閉弁と、前記排出経路から排出されるアノードオフガスの排出量を調整する排出量調整弁とを備え、
燃料電池システムの起動時には、前記遮断用開閉弁を閉じ、前記排出量調整弁を開き、前記吸引装置を駆動することで、前記吸引装置により吸引したアノードオフガスを排出経路から排出し、
前記アノード圧力検出手段の検出値が前記負圧以下となった後に、前記遮断用開閉弁を開き、前記排出量調整弁を閉じることにより、前記吸引装置により吸引したアノードオフガスをアノードへ循環させることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃料電池システム。 - アノードの温度を検出するアノード温度検出手段を備え、
該アノード温度検出手段の検出値に応じて、前記負圧あるいは前記目標運転圧力の少なくとも一方を設定することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の燃料電池システム。 - アノードの酸素濃度あるいは酸素量の少なくとも一方を検出する酸素検出手段を備え、
該酸素検出手段の検出値に応じて、前記負圧あるいは前記目標運転圧力の少なくとも一方を設定することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の燃料電池システム。 - アノードの水素濃度あるいは水素量の少なくとも一方を検出する水素検出手段を備え、
該水素検出手段の検出値に応じて、前記負圧あるいは前記目標運転圧力の少なくとも一方を設定することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の燃料電池システム。 - 前回の燃料電池システム停止から今回の燃料電池システムの起動開始までの経過時間を計測する停止時間計測手段を備え、
該停止計測時間の計測値に応じて、前記負圧あるいは前記目標運転圧力の少なくとも一方を設定することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の燃料電池システム。 - 前記負圧あるいは前記アノード温度検出手段の検出値の少なくとも一方に応じて、前記吸引装置から吐出される流量の目標流量を設定することを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム。
- 前記吸引装置の駆動開始からの経過時間を計測する排出時間計測手段を備え、
該排出時間計測手段の計測値が所定排出時間を超えた時に、前記切替装置は、前記排出経路の選択状態から前記循環経路の選択状態へ切り替えるとともに、前記燃料ガス供給装置からアノードへ燃料ガスの供給を開始することを特徴とする請求項1乃至請求項8の何れか1項に記載の燃料電池システム。 - 前記排出時間計測手段の計測値が所定排出時間を超えたときに、警報を発生する警報発生装置を備えたことを特徴とする請求項9に記載の燃料電池システム。
- 前記アノード圧力制御手段が、アノード圧力を前記目標運転圧力まで増大した後からの経過時間を計測する待機時間計測手段を備え、
該待機時間計測手段の計測値が所定待機時間を超えた場合、要求負荷に応じて燃料電池スタックの発電を開始し、
前記所定時待機時間は、要求負荷に応じて燃料電池スタックの発電を開始した場合にでも燃料電池スタックの構成部品を劣化させることのない所要時間より長く設定したことを特徴とする請求項1乃至請求項10の何れか1項に記載の燃料電池システム。 - 燃料電池スタックのセル電圧あるいは総電圧の少なくとも一方を検出する電圧検出手段を備え、
該電圧検出手段の検出値が所定電圧を超えた場合、要求負荷に応じて燃料電池スタックの発電を開始し、
前記所定電圧は、要求負荷に応じて燃料電池スタックの発電を開始した場合にでも燃料電池スタックの構成部品を劣化させることのない所要電圧より高い電圧に設定されたことを特徴とする請求項1乃至請求項11の何れか1項に記載の燃料電池システム。 - アノードに存在する発電に寄与しないガスの濃度あるいはガスの量の少なくとも一方を検出する不純物ガス検出手段を備え、
該不純物ガス検出手段の検出値に応じて、前記要求負荷の上限値が設定されること特徴とする請求項12に記載の燃料電池システム。
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