JP2007141722A - 燃料電池システム - Google Patents
燃料電池システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007141722A JP2007141722A JP2005335803A JP2005335803A JP2007141722A JP 2007141722 A JP2007141722 A JP 2007141722A JP 2005335803 A JP2005335803 A JP 2005335803A JP 2005335803 A JP2005335803 A JP 2005335803A JP 2007141722 A JP2007141722 A JP 2007141722A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- valve
- hydrogen gas
- fuel cell
- inert substance
- inert
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
【課題】燃料ガス循環経路内の不活性物を大気中に排出する場合において、従来技術と比較して、燃料ガス循環経路内の圧力変動を抑制する。
【解決手段】燃料電池システムの構成を、燃料電池1と、水素ガス循環供給経路4と、水素ガス排出経路5と、水素ガス排出経路5に設けられた第1バルブ17および第2バルブ18と、水素ガス排出経路5のうちの第1バルブ17と第2バルブ18の間に接続されたアキュムレータ19と、制御部6とを備える構成とする。そして、第2バルブ18を閉じた状態で、第1バルブ17を開けた後、第1バルブ17を閉じることで、アキュムレータ19の内部に不活性物を含むオフ水素ガスを蓄積し、その後、第1バルブ17を閉じた状態で、第2バルブ18を開けることで、蓄積されたオフ水素ガスを大気中に排出するように、制御部6に第1、第2バルブ17、18を制御させる。
【選択図】図1
【解決手段】燃料電池システムの構成を、燃料電池1と、水素ガス循環供給経路4と、水素ガス排出経路5と、水素ガス排出経路5に設けられた第1バルブ17および第2バルブ18と、水素ガス排出経路5のうちの第1バルブ17と第2バルブ18の間に接続されたアキュムレータ19と、制御部6とを備える構成とする。そして、第2バルブ18を閉じた状態で、第1バルブ17を開けた後、第1バルブ17を閉じることで、アキュムレータ19の内部に不活性物を含むオフ水素ガスを蓄積し、その後、第1バルブ17を閉じた状態で、第2バルブ18を開けることで、蓄積されたオフ水素ガスを大気中に排出するように、制御部6に第1、第2バルブ17、18を制御させる。
【選択図】図1
Description
本発明は、燃料電池システムに関するものである。
従来、燃料電池と、燃料電池に循環して供給される水素ガスが流れる水素ガス循環供給経路と、この水素ガス循環供給経路に接続され、水素ガス循環供給経路から大気中に排出される燃料電池の電気化学反応に使用されなかった水素ガス(以下、オフ水素ガスと呼ぶ)が流れる水素ガス排出経路と、この水素ガス排出経路に設けられ、水素ガス排出経路の開閉を行うバルブとを備える燃料電池システムがある(例えば、特許文献1参照)。
このように、燃料電池から排出されたオフ水素ガスを燃料電池に循環して供給する場合、オフ水素ガスは燃料電池の発電に消費されるが、空気極側から電解質膜を通過した窒素や水等の不活性物は水素循環供給経路に残留するため、水素循環供給経路におけるガスの不活性物濃度が増加する。
そこで、上記した構成の燃料電池システムでは、不活性物の濃度が高くなった場合に、水素ガス排出経路のバルブを開くことで、大気中にオフ水素ガスと共に不活性物を排出するようにしている。
また、他の燃料電池システムとして、上記した燃料電池システム中の水素ガス排出経路を、燃料電池に空気を供給する空気供給経路に接続した構成のものがある(例えば、特許文献2参照)。
この燃料電池システムでは、オフ水素ガスを大気中に排出するのではなく、燃料電池の空気極に戻すことで、空気極触媒を利用して、オフ水素ガスを燃焼させている。
特開2004−172027号公報
特開2004−319318号公報
上記した前者の燃料電池システムにおいては、水素ガス排出経路のバルブを長い時間開けた状態にすると、大気中に排出されるガス中の水素濃度が高くなるため、バルブを開く時間を短くする必要がある。また、その反対に、1回のバルブ開時間が短いと、不活性物の排出が十分にできない。このため、1回のバルブ開時間を短くして、バルブを開ける頻度を多くする必要がある。
しかし、図6に示すように、バルブを開けて、閉じた場合、水素ガス循環供給経路内で水素の圧力変動が生じる。なお、図6は、水素ガス循環供給経路内の圧力の概念図である。特に、オフ水素ガスを大気中に直接排出しているので、水素ガス循環供給経路内の圧力の変動幅が大きく、バルブを複数回開ける場合では、圧力の変動回数が多くなってしまう。
そして水素ガス循環供給経路内で、圧力変動が生じると、燃料電池内の電解質膜が劣化するため、電解質膜の耐久性が低下する。
一方、上記した後者の燃料電池システムにおいては、オフ水素ガスを燃料電池の空気極に戻しているため、オフ水素ガスに含まれる液水が空気極に入ることとなり、この液水が電気エネルギを発生させる電気化学反応を阻害するフラッディングの問題が生じやすくなる。また、オフ水素ガスを空気極に送るためには、専用の水素ポンプが必要となり、水素ポンプの動力が必要となる。このため、オフ水素ガスを燃料電池の空気極に戻すことは好ましくない。
なお、上記した問題は、水素ガスに限らず、水素を主成分とする燃料ガスを用いた場合においても、同様に生じる問題である。
本発明は、上記点に鑑み、燃料ガス循環経路内の不活性物を大気中に排出する場合に、1つのバルブを頻繁に開閉して不活性物を大気中に排出する場合と比較して、燃料ガス循環経路内の圧力変動を抑制することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、燃料ガス循環供給経路(4)に接続された不活性物排出経路(5)と、不活性物排出経路(5)に設けられた第1バルブ(17)と、不活性物排出経路(5)のうちの第1バルブ(17)よりも下流側部分に設けられた第2バルブ(18)とを備え、第2バルブ(18)を閉じた状態で、第1バルブ(17)を開けた後、第1バルブ(17)を閉じることで、不活性物排出経路(5)のうちの第1バルブ(17)と第2バルブ(18)との間に不活性物を蓄積し、その後、第1バルブ(17)を閉じた状態で、第2バルブ(18)を開けることで、蓄積された不活性物を大気中に排出するようになっていることを第1の特徴としている。
本発明では、燃料ガス循環供給経路から不活性物を排出する際、第2バルブを閉じた状態で、第1バルブを開けているので、第1バルブを開けるときにおいては、大気中に排出される燃料ガス濃度を低減する目的で第1バルブの開閉を頻繁に行う必要が無い。このため、第1バルブの開閉回数を、頻繁に行う場合と比較して、少なくすることができる。
また、不活性物を大気中に排出する際では、第1バルブを閉じているので、燃料ガス循環供給経路での燃料ガスの圧力変動は生じない。
したがって、本発明によれば、1つのバルブを頻繁に開閉して不活性物を大気中に排出する場合と比較して、燃料ガス循環供給経路内の圧力変動を抑制することができる。
また、本発明では、不活性物排出経路(5)のうち、第1バルブ(17)と第2バルブ(18)の間に、不活性物を蓄積する蓄積手段(19、31)を設けることを他の特徴としている。
なお、蓄積手段としては、例えば、不活性物を加圧状態で蓄積するアキュムレータ(19)を用いることができる。これにより、第2バルブを開けたとき、不活性物の加圧状態が開放される力を利用して、不活性物を大気中に排出することができる。
また、蓄積手段としては、例えば、燃料ガス循環供給経路(4)から排気される排気ガス中の燃料ガスと不活性物とを分離させる分離器(31)を用いることもできる。この場合、分離器(31)により不活性物と分離された燃料ガスを、燃料ガス循環供給経路(4)に供給されるようにすることで、燃料ガスを大気中に排出しないで、燃料電池による発電に再利用することができる。なお、分離器としては、例えば、内部に空間を有する容器内に、燃料ガスは透過するが不活性物は透過しない膜が設置されたものを用いることができる。
また、本発明では、第1バルブ(17)を閉じた状態で、第2バルブ(18)を開けることで、不活性物を大気中に排出する際では、蓄積された不活性物を複数回に分けて排出するように、第2バルブ(18)を間欠的に開けるようになっていることを他の特徴としている。
大気中に不活性物と共に電気化学反応に使用されなかった燃料ガスも排出する場合では、このように、第2バルブ(18)を間欠的に開けることで、1回の第2バルブの開閉によって、大気中に排出される燃料ガスの量を低減することができる。
そして、このように第2バルブ(18)を間欠的に開ける際では、例えば、不活性物排出経路(5)のうちの第1バルブ(17)と第2バルブ(18)の間の圧力の変化量が所定量に到達した場合に、第2バルブ(18)を開の状態から閉の状態にすることができる。
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
(第1実施形態)
本実施形態では、本発明の燃料電池システムを電気自動車に適用した場合を例として説明する。図1に、本発明の第1実施形態における燃料電池システムの構成を示す。
本実施形態では、本発明の燃料電池システムを電気自動車に適用した場合を例として説明する。図1に、本発明の第1実施形態における燃料電池システムの構成を示す。
図1に示すように、本実施形態の燃料電池システムは、燃料電池1と、燃料電池1に供給される空気が流れる空気供給経路2と、燃料電池1から排出される空気が流れる空気排出経路3と、燃料電池1に供給される水素ガスが循環して流れる水素ガス循環供給経路4と、水素ガス循環供給経路4から排出されるオフ水素ガスが流れる水素ガス排出経路5と、制御部6とを備えている。水素ガス循環供給経路4と水素ガス排出経路5が、それぞれ、特許請求の範囲に記載の燃料ガス循環供給経路と不活性物排出経路に相当する。
なお、オフ水素ガスとは、燃料電池に供給された水素ガスのうち、下記の電気化学反応をしないで、燃料電池から排出された水素ガスを意味する。本実施形態において、水素ガス循環供給経路4から排出されるオフ水素ガスには、不活性物が混ざっている。
燃料電池1は、電気化学反応により電力を発生させ、図示しない燃料電池が本来対象とする電気負荷、例えば、車両走行駆動源としての電動モータや、燃料電池システムを作動させる電気機器、例えば、図中の空気ポンプ、水素ポンプ等に電力を供給するものである。
燃料電池1は、下記に示す化学式のように、空気中の酸素と水素ガスとを電気化学反応させて電力を発生させる。
(負極側)H2→2H++2e−
(正極側)2H++1/2O2+2e−→H2O
なお、燃料電池1としては、例えば、固体高分子電解質型燃料電池を用いることができ、他の燃料電池を用いることもできる。
(正極側)2H++1/2O2+2e−→H2O
なお、燃料電池1としては、例えば、固体高分子電解質型燃料電池を用いることができ、他の燃料電池を用いることもできる。
空気供給経路2と空気排出経路3は、燃料電池1に接続されており、例えば、配管により構成されている。空気供給経路2には、燃料電池1に空気を供給する空気ポンプ11と、空気ポンプ11から送り出された空気を加湿する加湿器12が設けられており、空気排出経路3には、空気排出経路3内の圧力を調整する調圧バルブ13が設けられている。
水素ガス循環供給経路4と水素ガス排出経路5は、例えば、配管により構成されている。水素ガス循環供給経路4は、燃料電池1の水素入口1aに接続され、燃料電池に水素ガスを供給するための水素ガス供給経路4aと、燃料電池1の水素出口1bに接続され、燃料電池1から排出されたオフ水素ガスを供給経路に戻すための水素ガス循環経路4bとからなる。
水素ガス供給経路4aには、水素ガスが貯蔵された水素タンク14と、水素ガス循環供給経路4内の圧力を調整する調圧バルブ15が設けられており、水素ガス循環経路4bには、水素ガスを送り出す水素ポンプ16が設けられている。
水素ガス排出経路5は、一端が水素ガス循環供給経路4のうちの水素ガス循環経路4bに接続されており、他端が空気排出経路3に接続されている。水素ガス排出経路5には、水素ガス排出経路5を開閉する第1バルブ17および第2バルブ18が設けられている。第2バルブ18は、水素ガス排出経路5のうちの第1バルブ17よりもガス流れの下流側部分に、第1バルブ17と離れて配置されている。
さらに、第1バルブ17と第2バルブ18の間に、蓄積手段としてのアキュムレータ19が設けられている。アキュムレータ19は、不活性物を含むオフ水素ガスを加圧状態で蓄積するものである。具体的には、アキュムレータ19は、内部に空間を有する容器20と、容器20の内部を2つの領域に仕切る仕切り部21とを有している。
そして、容器20の内部のうち、仕切り部21によって分けられた2つの領域の一方がオフ水素ガスを蓄積する領域20aであり、他方の領域20bには、その領域内のオフ水素ガスに圧力を加えるための加圧手段としてのバネ等の弾性体22が設けられている。これにより、アキュムレータ19の内部にオフ水素ガスが流入した場合では、弾性体22が弾性変形して、オフ水素ガスの蓄積領域20aの容積が拡大するように、仕切り部21が移動するようになっている。なお、アキュムレータ19としては、上記した構造に限らず、油圧回路の補器等に用いられる一般的なアキュムレータを使用することもできる。
また、アキュムレータ19には、アキュムレータ19のオフ水素ガスを蓄積する領域20aの圧力を検出する圧力センサ23が設けられている。なお、アキュムレータ19のオフ水素ガスを蓄積する領域20aは、接続経路24によって、水素ガス排出経路5と接続されている。また、接続経路24は、例えば、配管により構成されている。
制御部6は、水素ガス循環供給経路4の調圧バルブ15、第1バルブ17、第2バルブ18等の作動制御を行うものであり、これらに指示信号を出力するようになっている。また、制御部6は、図示しない電圧計、電流計から燃料電池1の発電電圧、発電電流の計測値が入力され、圧力センサ23からアキュムレータ19内の圧力値が入力されるようになっている。また、制御部6は、後述する不活性物の排出制御を実行するようになっている。なお、制御部6は、CPU、ROM、RAM等からなる周知のマイクロコンピュータとその周辺回路により構成されている。
次に、制御部6が実行する不活性物の排出制御について説明する。図2に、この不活性物の排出制御のフローチャートを示す。この不活性物の排出制御処理は、燃料電池1の運転中に、所定の周期で繰り返し実行される。また、燃料電池1の運転が停止したときに、この処理は終了する。
まず、燃料電池1の運転中では、第1バルブ17は閉じた状態で、水素ガスが燃料電池1に循環して供給される。このときでは、調圧バルブ15によって、水素タンク14から燃料電池1に供給される水素ガスの圧力が調整され、水素ポンプ16によって、燃料電池1から排出されたオフ水素ガスが水素ガス供給路4aに送り出される。
そして、ステップS1では、電圧計、電流計から入力された電圧値、電流値と、制御部6のメモリ部にあらかじめ記憶されている基準値とを比較して、燃料電池1のIV特性が基準値よりも低いか否かが判定される。ここでは、水素ガス循環供給経路4内の不活性物の濃度が高くなり、水素ガス濃度が低くなった場合、IV特性が低下することから、IV特性を基準値と比較することで、不活性物を排出する必要があるかを判断する。
したがって、例えば、燃料電池1の発電開始から短い時間が経過したときや、水素ガス循環供給経路4内の不活性物が排出された直後では、水素ガス循環供給経路4内の不活性物の濃度は低いので、IV特性が基準値よりも高いため、NOと判定され、ステップS1が繰り返し実行される。
一方、例えば、燃料電池1の発電開始から長い時間が経過したときでは、発電時間の経過に伴って、不活性物が多くなることから、水素ガス循環供給経路4内の不活性物の濃度が高くなり、IV特性が基準値よりも低くなるので、YESと判定され、ステップS2に進む。
そして、ステップS2では、第1バルブに指示信号を出力し、第1バルブ17を開ける。このとき、第2バルブ18は閉じた状態とし、水素ポンプ16の運転を停止させる。これにより、水素ガス循環供給経路4内の不活性物を多く含むオフ水素ガスがアキュムレータ19の内部に流れ込む。このとき、アキュムレータ19の内部では、オフ水素ガスが仕切り部21を押すため、弾性体22が縮められた状態となる。
なお、第1バルブ17を開けている間は、調圧バルブ15を作動させることで水素ガス循環供給経路4内の圧力を調整する。
続いて、ステップS3では、第1バルブ17を開状態にしてから所定時間経過したかが判定される。この所定時間とは、水素ガス循環供給経路4内の不活性物を十分に排出できる時間として、あらかじめ設定された時間である。
そして、所定時間が経過するまでは、NOと判定され、第1バルブ17は開状態のままで、ステップS3が繰り返し実行される。
一方、所定時間が経過したとき、YESと判定され、ステップS4に進む。ステップS4では、第1バルブ17に指示信号を出力し、第1バルブ17を閉じる。これにより、アキュムレータ19の内部にオフ水素ガスが蓄積される。このとき、アキュムレータ19の内部では、弾性体22が縮められた状態で維持されることから、オフ水素ガスは、弾性体22によって、加圧された状態となる。なお、このとき、水素ポンプ16の運転が再開される。
続いて、ステップS5では、第2バルブ18に指示信号を出力し、第2バルブ18を開ける。このとき、第1バルブ17は閉じた状態である。これにより、アキュムレータ19内と大気との圧力差と、弾性体22の押し出す力とによって、アキュムレータ19の内部に蓄積されたオフ水素ガスの大気中への排出が開始され、オフ水素ガスは、水素ガス排出経路5を流れ、空気排出経路3を流れる空気と共に大気中に排出される。
続いて、ステップS6では、アキュムレータ19に設けられた圧力センサ23から入力された圧力値に基づいて、アキュムレータ19の内部の圧力変化量が、あらかじめ記憶されている基準値を超えたか否かが判定される。
ここで、アキュムレータ19にオフ水素ガスが蓄積されているとき、アキュムレータ19の内部の圧力は大気圧よりも大きく、アキュムレータ19からオフ水素ガスが大気中に排出されるにつれ、アキュムレータ19の内部の圧力が徐々に低下し、すべて排出されたとき、アキュムレータ19の内部の圧力は大気圧に等しくなる。
そこで、このステップS6では、アキュムレータ19に蓄積されたオフ水素ガスを複数回に分けて排出するために、アキュムレータ19内にオフ水素ガスが満たされている状態と空の状態のときの圧力差を複数に分割した大きさを基準値としている。
したがって、オフ水素ガスの排出量が所定量に到達しない場合、NOと判定され、所定量に到達するまで、第2バルブ18は開状態に維持される。
一方、オフ水素ガスの排出量が所定量を超えたとき、YESと判定され、ステップS7に進む。ステップS7では、第2バルブ18に指示信号を出力し、第2バルブ18を閉じる。これにより、オフ水素ガスの大気中への排出が一時停止される。このようにして、オフ水素ガスの一部が大気中に排出される。
続いて、ステップS8では、アキュムレータ19に設けられた圧力センサ23から入力された圧力値と大気圧とを比較して、アキュムレータ19内の圧力が大気圧と等しいか否かが判定される。
このとき、アキュムレータ19の内部にオフ水素ガスが残っている場合、アキュムレータ19の内部の圧力は、大気圧よりも高いため、NOと判定され、ステップS5に戻り、ステップS5〜S7が実行される。なお、この場合、ステップS5では、第2バルブ18を閉じてから所定時間経過した後に、実行される。
このように、本実施形態では、ステップS5〜S8を繰り返し実行し、第2バルブ18を間欠的に開けて、アキュムレータ19の内部に蓄積されたオフ水素ガスが複数回に分けて大気中に排出するようにしている。これにより、一度で、蓄積されたオフ水素ガスをすべて大気中に排出する場合と比較して、1回のバルブの開放によって大気中に排出される排気ガス中の水素濃度を低減することができる。
一方、アキュムレータ19の内部が空になった場合、キュムレータ19の内部の圧力が大気圧と等しくなるので、YESと判定され、上記した一連の処理が終了する。このようにして、不活性物の排出制御処理が実行される。
次に、本実施形態の燃料電池システムの主な効果について説明する。
(1)本実施形態の燃料電池システムは、上記の通り、第2バルブ18を閉じた状態で、第1バルブ17を開けた後、第1バルブ17を閉じることで、アキュムレータ19の内部に不活性物を含むオフ水素ガスを蓄積し、その後、第1バルブ17を閉じた状態で、第2バルブ18を開けることで、蓄積されたオフ水素ガスを大気中に排出するように、制御部6が第1、第2バルブ17、18を制御するようになっている。
このように、アキュムレータ19の内部に不活性物を含むオフ水素ガスを蓄積する際では、第2バルブ18を閉じているので、第1バルブ17の開閉を頻繁に行う必要が無く、第1バルブ17を開ける回数を、例えば、本実施形態のように、1回とすることができる。これにより、水素ガス循環供給経路内における水素ガス圧の脈動を最小限に抑えることができる。
また、このときでは、第1バルブ17を開けている間、調圧バルブ15で圧力を調整することで、水素ガス循環供給経路4内の圧力を元の大きさに戻すことができる。もしくは、調圧バルブ15で圧力の変動を抑制するように調整しながら、第1バルブ17を開けることができる。
また、オフ水素ガスを大気中に排出する際では、第2バルブ18の開閉を頻繁に行っても、第1バルブ17を閉じているので、水素ガス循環供給経路4での水素ガスの圧力変動は生じない。
したがって、本実施形態によれば、1つのバルブを頻繁に開閉して、オフ水素ガスと不活性物を大気中に排出する場合と比較して、水素ガス循環供給経路4内の圧力変動を抑制することができる。
(2)本実施形態では、水素ガス排出経路5のうちの第1バルブ17と第2バルブ18の間にアキュムレータ19を設けている。アキュムレータ19は、不活性物を加圧状態で蓄積しているため、第2バルブ18を開けたとき、アキュムレータ19内と大気との圧力差だけでなく、弾性体22の押し出す力によっても、アキュムレータ19の内部の不活性物を大気中へ排出することができるので、より確実に不活性物を車外に排出することができる。
(第2実施形態)
図3に、第2実施形態における燃料電池システムの構成図を示す。なお、図3では、図1と同様の構成部には同一の符号を付している。
図3に、第2実施形態における燃料電池システムの構成図を示す。なお、図3では、図1と同様の構成部には同一の符号を付している。
本実施形態の燃料電池システムは、図3に示すように、図1中の燃料電池システムに対して、アキュムレータ19を水素分離器31に変更し、図1中の水素ガス循環経路4bにオリフィス41を設けたものである。なお、本実施形態では、図1中の水素ガス排出経路5が、大気中に排出される不活性物が流れる不活性物排出経路5となっている。
ここで、図4に、水素分離器31の内部構造を示す。水素分離器31は、内部に空間を有する容器32の内部に、水素透過膜33が設けられている。水素透過膜33は、オフ水素ガス中の水素ガスを透過させ、水や窒素ガス等の不活性物を透過させない膜であり、水素透過膜33として、例えば、貴金属系の膜を用いることができる。なお、水素と不活性物を分離できる構造であれば、他の構造とすることもできる。
また、容器32の内部は、水素透過膜33によって2つの領域に分けられており、水素透過膜33よりも水素ガス流れの上流側の領域(容器32の下部)32aは、第1の接続経路34を介して、不活性物排出経路5のうちの第1バルブ17と第2バルブ18の間の部分に接続されている。一方、水素透過膜33よりも水素ガス流れの下流側の領域(容器32の上部)32bは、第2の接続経路35を介して、水素ガス循環経路4bの水素ポンプ16よりも水素ガス流れの上流側部分に接続されている。これにより、水素透過膜33を通過した水素ガスが水素ガス循環経路4bに流れるようになっている。
また、容器32には、容器32の下部32aにおける不活性物の圧力を検出する、図示しない圧力センサが設けられている。
また、第2の接続経路35には、第2の接続経路35を開閉する第3バルブ36が設けられている。この第3バルブ36は、水素ガスが燃料電池に循環供給されているとき、通常、閉じられる。なお、第1の接続経路34および第2の接続経路35は、例えば、配管により構成されている。
オリフィス41は、水素循環経路4bの流路断面積を絞る手段であり、第3バルブ3を開けたとき、水素循環経路4bと水素分離器31の内部との間に圧力差を与えて、水素分離器31の内部で水素透過膜33を透過した水素を、水素ポンプ16で吸引して、水素循環経路4bに流すために設けられている。
次に、本実施形態での制御部6が実行する不活性物の排出制御について説明する。本実施形態の制御処理は、第1実施形態で説明した制御処理に対して、図2中のステップS5以降を以下のステップS9〜S10に変更したものである。
まず、ステップS4で、第1バルブ17を閉じることにより、水素分離器31の内部にオフ水素ガスが蓄積される。このとき、水素ガスと窒素等の不活性物との質量差により、水素ガスは水素透過膜33を透過して、容器32の上部32bに蓄積され、不活性物は、容器32の下部32aに蓄積される。
そこで、ステップS9で、制御部6が第3バルブ36および水素ポンプ16に指示信号を出力し、第3バルブ36を開け、水素ポンプ16の運転を再開させる。これにより、容器32の上部32b中の水素ガスは、水素ポンプ16で吸引されることで、第2の接続経路35を介して、水素ガス循環経路4bに流れる。このようにして、オフ水素ガス中の水素ガスを再利用することができ、大気中に水素ガスが排出されるのを抑制できる。
その後、ステップS10で、制御部6が第3バルブ36に指示信号を出力して、第3バルブ36を閉じた後、ステップS11で、制御部6が第2バルブ18に指示信号を出力して、第2バルブ18を開ける。このとき、第1バルブ17は閉じた状態である。これにより、容器32の下部32aに蓄積された不活性物が、不活性物排出経路5を流れ、空気排出経路3を流れる空気と共に大気中に排出される。
続いて、ステップS12で、図2中のステップS8と同様に、容器32の下部32aに設けられた圧力センサから入力された圧力値と大気圧とを比較して、容器32の下部32aの圧力が大気圧と等しいか否かが判定される。したがって、容器32の下部32aが空になるまでは、NOと判定され、ステップS12が繰り返される。そして、容器32の下部32aが空になったとき、容器32の下部32aの圧力が大気圧と等しいので、YESと判定され、ステップS13に進む。
続いて、ステップS13で、制御部6が第2バルブ18に指示信号を出力して、第2バルブ18を閉じることで、上記した一連の制御処理が終了する。
(他の実施形態)
(1)第1実施形態では、水素ガス排出経路5のうちの第1バルブ17と第2バルブ18の間に、蓄積手段として、アキュムレータ19を設け、第2実施形態では、水素分離器31を設ける場合を例として説明したが、内部にオフ水素ガスを蓄積できる空間を有する容器類であれば、アキュムレータ19等の代わりに、蓄積手段として、他のものを用いることもできる。
(1)第1実施形態では、水素ガス排出経路5のうちの第1バルブ17と第2バルブ18の間に、蓄積手段として、アキュムレータ19を設け、第2実施形態では、水素分離器31を設ける場合を例として説明したが、内部にオフ水素ガスを蓄積できる空間を有する容器類であれば、アキュムレータ19等の代わりに、蓄積手段として、他のものを用いることもできる。
また、水素ガス排出経路5のうちの第1バルブ17と第2バルブ18の間に設けられたアキュムレータ19等の蓄積手段を省略することもできる。この場合、水素ガス排出経路5を構成する配管のうち、第1バルブ17と第2バルブ18の間の部分に、オフ水素ガスを蓄積できるように、第1バルブ17と第2バルブ18の間隔を十分に開けることが好ましい。
(2)第1実施形態では、制御部6が実行する不活性物の排出制御において、第1バルブ17を開けるタイミングを、ステップS1で、燃料電池1のIV特性が基準値よりも低いと判定したときにしていたが、燃料電池1の電流積算値が基準値を超えたと判定したときとしても良い。
これは、燃料電池1の運転時では、発電に応じて水が生成するため、発電時間が長くなるにつれ、水素ガス循環供給経路4内に存在する水分量が増加するので、電流積算値から水等の不活性物が多くなる時期を予測できるからである。
(3)第1実施形態では、制御部6が実行する不活性物の排出制御において、一連の処理終了のタイミングを、ステップS8で、アキュムレータ19の内部の圧力が大気圧と等しいと判定したときにしていたが、他に変更しても良い。
例えば、アキュムレータ19の仕切り部21が弾性体22によって押し戻されて、オフ水素ガスを蓄積する前の位置に戻ったと判定したときにしても良い。なお、仕切り部21の位置については、リミットスイッチを用いることで、判定できる。第2実施形態においても同様に変更できる。
また、第1実施形態においては、例えば、第2バルブ18を開の状態にした回数が所定の回数を超えたと判定したときにすることもできる。アキュムレータ19に蓄積可能なオフ水素ガス量と、1回のオフ水素ガスの排出量とから、すべてのオフ水素ガスを排出するための回数が算出できるからである。
(4)第1実施形態では、ステップS5〜ステップS8を実行することにより、オフ水素ガスを複数回に分けて大気中に排出する場合を説明したが、例えば、水素濃度が十分に低い場合であれば、オフ水素ガスを一度に排出しても良い。
(5)上記した各実施形態では、水素ガス排気経路5に、2つのバルブ17、18を設け、不活性物を蓄積するときでは、大気中に不活性部を排出しないように、第2バルブ18を閉じた状態で、第1バルブ17を開け、不活性物を大気中に排出するときでは、水素ガス循環供給経路4が閉回路となるように、第1バルブ17を閉じた状態で、第2バルブ18を開ける説明をした。
これに対して、バルブの数を増やして、これらのバルブを操作することで、大気中に不活性部を排出しない状態で、不活性物を蓄積し、その後に、水素ガス循環供給経路4が閉回路とした状態で、不活性物を大気中に排出することもできる。
(6)上記した各実施形態では、酸化剤ガスとして空気を用い、燃料ガスとして水素ガスを用いる場合を例として説明したが、それぞれ他の酸化剤ガス、燃料ガスを用いることもできる。
(7)上記した各実施形態では、本発明の燃料電池システムを電気自動車に適用する場合を例として説明したが、本発明の燃料電池システムを、家庭用、業務用電源等の他の用途に適用することもできる。
1…燃料電池、4…水素ガス循環供給経路、5…水素ガス排出経路、6…制御部、
17…第1バルブ、18…第2バルブ、19…アキュムレータ、
31…水素分離器、33…水素透過膜、36…第3バルブ、41…オリフィス。
17…第1バルブ、18…第2バルブ、19…アキュムレータ、
31…水素分離器、33…水素透過膜、36…第3バルブ、41…オリフィス。
Claims (6)
- 酸素を主成分とする酸化剤ガスと水素を主成分とする燃料ガスとを電気化学反応させて電気エネルギを発生させる燃料電池(1)と、
前記燃料電池(1)に接続され、燃料電池に供給される燃料ガスが循環して流れる燃料ガス循環供給経路(4)と、
燃料ガス循環供給経路(4)に接続され、前記燃料ガス循環供給経路(4)内に存在する前記電気化学反応に使用されない不活性物が前記燃料ガス循環供給経路(4)から大気中に向けて流れる不活性物排出経路(5)と、
前記不活性物排出経路(5)に設けられ、前記不活性物排出経路(5)の開閉を行う第1バルブ(17)と、
前記不活性物排出経路(5)のうちの前記第1バルブ(17)よりも下流側部分に設けられ、前記不活性物排出経路(5)の開閉を行う第2バルブ(18)とを備え、
前記第2バルブ(18)を閉じた状態で、前記第1バルブ(17)を開けた後、前記第1バルブ(17)を閉じることで、前記不活性物排出経路(5)のうちの前記第1バルブ(17)と前記第2バルブ(18)との間に不活性物を蓄積し、その後、前記第1バルブ(17)を閉じた状態で、前記第2バルブ(18)を開けることで、蓄積された不活性物を大気中に排出するようになっていることを特徴とする燃料電池システム。 - 前記不活性物排出経路(5)のうち、前記第1バルブ(17)と前記第2バルブ(18)の間に、不活性物を蓄積する蓄積手段(19、31)が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。
- 前記蓄積手段は、前記第1バルブ(17)および前記第2バルブ(18)が閉じた状態の場合に、不活性物を加圧状態で蓄積するアキュムレータ(19)であることを特徴とする請求項2に記載の燃料電池システム。
- 前記蓄積手段は、前記燃料ガス循環供給経路(4)から排気される排気ガス中の燃料ガスと不活性物とを分離させる分離器(31)であり、
前記分離器(31)により不活性物と分離された燃料ガスが、前記燃料ガス循環供給経路(4)に供給されるようになっていることを特徴とする請求項2に記載の燃料電池システム。 - 前記第1バルブ(17)を閉じた状態で、前記第2バルブ(18)を開けることで、不活性物を大気中に排出する際では、蓄積された不活性物を複数回に分けて排出するように、前記第2バルブ(18)を間欠的に開けるようになっていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の燃料電池システム。
- 前記第2バルブ(18)を間欠的に開ける際では、前記不活性物排出経路(5)のうちの前記第1バルブ(17)と前記第2バルブ(18)の間の圧力の変化量が所定量に到達した場合に、前記第2バルブ(18)を開の状態から閉の状態にするようになっていることを特徴とする請求項5に記載の燃料電池システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005335803A JP2007141722A (ja) | 2005-11-21 | 2005-11-21 | 燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005335803A JP2007141722A (ja) | 2005-11-21 | 2005-11-21 | 燃料電池システム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007141722A true JP2007141722A (ja) | 2007-06-07 |
Family
ID=38204334
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005335803A Withdrawn JP2007141722A (ja) | 2005-11-21 | 2005-11-21 | 燃料電池システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007141722A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008243500A (ja) * | 2007-03-27 | 2008-10-09 | Daihatsu Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
JP2010536148A (ja) * | 2007-08-08 | 2010-11-25 | サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス,インコーポレイティド | アノード排気リサイクルシステム |
-
2005
- 2005-11-21 JP JP2005335803A patent/JP2007141722A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008243500A (ja) * | 2007-03-27 | 2008-10-09 | Daihatsu Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
JP2010536148A (ja) * | 2007-08-08 | 2010-11-25 | サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス,インコーポレイティド | アノード排気リサイクルシステム |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3880898B2 (ja) | 水素パージ制御装置 | |
CN107492675B (zh) | 电力供给系统、移动体及电力供给方法 | |
JP4710246B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2008097966A (ja) | 燃料電池システム、および、その制御方法 | |
JP2005183197A (ja) | 燃料電池の停止方法 | |
JP2010123501A (ja) | 燃料電池システム | |
JP2007323954A (ja) | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 | |
JP2017182943A (ja) | 燃料電池システムの制御方法 | |
JP2006221947A (ja) | 気液分離装置 | |
JP5858138B2 (ja) | 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法 | |
EP2800184A1 (en) | Fuel cell system | |
JP2010129354A (ja) | 燃料電池システム | |
JP5422979B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2018014174A (ja) | 燃料電池車両の運転方法 | |
JP2006079891A (ja) | 燃料電池システム | |
JP2008257984A (ja) | 燃料電池システム | |
JP2008108536A (ja) | 燃料電池システム、および、その制御方法 | |
JP5304863B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2010108756A (ja) | 燃料電池システムおよび燃料電池システムのパージ制御方法 | |
JP2017182944A (ja) | 燃料電池システムの制御方法 | |
JP2010153246A (ja) | 燃料電池システム | |
JP2007141722A (ja) | 燃料電池システム | |
JP2006156058A (ja) | 燃料電池システム | |
JP2008181768A (ja) | 燃料電池システム | |
JP4564347B2 (ja) | 燃料電池システム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20071213 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20090716 |