JP2007173060A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は燃料電池システムに係り、特に、より小型で燃料電池システムにも適応可能な活性炭の再生装置を備えた燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to a fuel cell system including an activated carbon regeneration device that is smaller and adaptable to a fuel cell system.
燃料電池システムは、燃料電池の燃料極に燃料ガスとして水素を供給し、燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスとして空気を供給し、これら水素と空気中の酸素とを電気化学的に反応させて発電電力を得るものである。このような燃料電池システムは、例えば自動車の動力源等として実用化に大きな期待が寄せられており、現在、実用化に向けての研究開発が盛んに行われている。 The fuel cell system supplies hydrogen as a fuel gas to the fuel electrode of the fuel cell, supplies air as the oxidant gas to the oxidant electrode of the fuel cell, and causes the hydrogen and oxygen in the air to react electrochemically. To obtain generated power. Such a fuel cell system is highly expected to be put into practical use, for example, as a power source for automobiles, and research and development for practical use are being actively carried out.
燃料電池システムに用いられる燃料電池としては。例えば自動車に搭載する上で好適なものとして、固体高分子タイプの燃料電池が知られている。固体高分子タイプの燃料電池は、燃料極と酸化剤極との間に電解質膜として固体高分子膜が設けられたものである。この固体高分子タイプの燃料電池では、固体高分子膜がイオン伝導体として機能し、燃料極で水素が水素イオンと電子とに分離される反応が起き、酸化剤極で空気中の酸素と水素イオンと電子とから水を生成する反応が行われる。 As a fuel cell used in a fuel cell system. For example, a solid polymer type fuel cell is known as being suitable for mounting in an automobile. A solid polymer type fuel cell is provided with a solid polymer membrane as an electrolyte membrane between a fuel electrode and an oxidant electrode. In this solid polymer type fuel cell, the solid polymer membrane functions as an ion conductor, a reaction occurs in which hydrogen is separated into hydrogen ions and electrons at the fuel electrode, and oxygen and hydrogen in the air at the oxidant electrode. A reaction for generating water from ions and electrons is performed.
このような燃料電池システムでは、燃料電池の酸化剤極に空気を供給する空気供給系において、供給空気中に含まれる有機溶剤等の不純物ガス成分を活性炭などからなるケミカルフィルタに吸着させ、燃料電池スタックの劣化を防止している。このケミカルフィルタは、その機能を保障するために、適度に再生する必要がある。 In such a fuel cell system, in an air supply system that supplies air to the oxidant electrode of the fuel cell, an impurity gas component such as an organic solvent contained in the supply air is adsorbed on a chemical filter made of activated carbon or the like, and the fuel cell Prevents stack deterioration. This chemical filter needs to be regenerated moderately to ensure its function.
ここで、従来の活性炭の再生装置としては、例えば、特開平8−318127号公報に開示の「低濃度NOx処理装置」がある。これは、トンネル、地下高速道路等に設備される排気ガスのNOx処理装置で、着火の危険性のない酸素濃度雰囲気で活性炭素吸着材の再生操作を行うものである。 Here, as a conventional activated carbon regeneration apparatus, for example, there is a “low concentration NOx treatment apparatus” disclosed in JP-A-8-318127. This is a NOx treatment device for exhaust gas installed in tunnels, underground highways, etc., and performs the regeneration operation of the activated carbon adsorbent in an oxygen concentration atmosphere without risk of ignition.
この従来例では、トンネルから排出された排気ガスは排ガスファンで吸引され、仕切り弁を経由して低濃度NOx処理装置中の活性炭吸着剤へ通過された後、仕切り弁を通じて大気中に放出される。長時間使用により吸着剤が低濃度NOxを十分に吸着除去した活性炭吸着剤は引き続き再生操作に入る。この活性炭再生時には、吸着剤、循環ファン、脱硝装置、加熱器よりなる閉ループ中に送られる。窒素発生装置を起動し、仕切り弁を閉じ、低濃度NOx処理装置に窒素を供給し、酸素濃度計で計測した酸素濃度が5%以下になれば、閉ループ中で循環ファンによりガスを循環させると共に、加熱器を起動し系内ガスを昇温し、活性炭吸着剤の再生を始め、発生したNOxは脱硝装置で分解され、再び吸着剤の再生ガスとして用いられる。
しかしながら、上述した特許文献1に開示された技術は、トンネル、地下高速道路等に設備される排気ガスのNOx処理装置に適用されるものであって、水素を直接供給する固体高分子型燃料電池システムにこれをそのまま適用することができない。すなわち、燃料電池システムにおいては、活性炭を脱離させるほど高温の熱を発しないため、別途加熱装置が必要であり、システムが肥大化するという事情があった。 However, the technique disclosed in Patent Document 1 described above is applied to a NOx treatment apparatus for exhaust gas installed in tunnels, underground highways, and the like, and is a polymer electrolyte fuel cell that supplies hydrogen directly. This cannot be applied to the system as it is. That is, in a fuel cell system, since high temperature heat is not emitted so as to desorb activated carbon, a separate heating device is necessary, and the system is enlarged.
本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、より小型で燃料電池システムにも適応可能な活性炭の再生装置を備えた燃料電池システムを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described conventional circumstances, and an object thereof is to provide a fuel cell system including an activated carbon regeneration device that is smaller and adaptable to a fuel cell system.
上記目的を解決するため、本発明は、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給により発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給系と、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給系と、を有する燃料電池システムにおいて、前記酸化剤ガス供給系は、有害ガス成分を除去するケミカルフィルタを有し、前記燃料ガス供給系から供給される燃料ガスの燃焼熱を前記ケミカルフィルタに与えて、該ケミカルフィルタが吸着した有害ガスを脱離させ、該ケミカルフィルタを再生することを特徴とする。 In order to solve the above-described object, the present invention provides a fuel cell that generates power by supplying fuel gas and oxidant gas, a fuel gas supply system that supplies fuel gas to the fuel cell, and oxidant gas to the fuel cell. An oxidant gas supply system for supplying a fuel cell system, wherein the oxidant gas supply system has a chemical filter for removing harmful gas components, and combustion heat of the fuel gas supplied from the fuel gas supply system Is applied to the chemical filter to desorb the harmful gas adsorbed by the chemical filter, and the chemical filter is regenerated.
本発明に係る燃料電池システムでは、水素を直接供給する固体高分子型燃料電池システムにおいて、発電に必要な燃料ガスをケミカルフィルタの再生にも利用することにより、システムを肥大化させることなくケミカルフィルタの再生が可能であり、ケミカルフィルタを長寿命化することができる。 In the fuel cell system according to the present invention, in the polymer electrolyte fuel cell system that directly supplies hydrogen, the fuel gas necessary for power generation is also used for the regeneration of the chemical filter, so that the chemical filter is not enlarged. Can be regenerated and the life of the chemical filter can be extended.
以下、本発明の燃料電池システムの実施例について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the fuel cell system of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は本発明の実施例に係る燃料電池システムの構成図である。本実施例の燃料電池システムは、例えば燃料電池車両の駆動動力源として用いられるものであり、図1に示すように、水素および空気の供給により発電を行う燃料電池14を備える。
FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. The fuel cell system of this embodiment is used as a driving power source of a fuel cell vehicle, for example, and includes a
また、水素供給系(燃料ガス供給系)として、水素タンク11、水素供給弁12、切替弁13および発電流路(水素供給路)20を備える。なお、図示するように水素循環路を備えており、エゼクタまたは循環ポンプの循環手段(図示せず)により燃料電池14で消費されなかった水素を水素供給系に循環させる構成である。
The hydrogen supply system (fuel gas supply system) includes a
また、空気供給系(酸化剤ガス供給系)として、吸気弁1、ケミカルフィルタ2、コンプレッサ(圧縮機)3、ダストフィルタ4、圧力センサ5、温度センサ6、NOxセンサ7、切替弁8、触媒(燃焼器および還元装置)9、切替弁(排気弁)10、循環流路15,16、排気流路17、水素供給路18、発電流路(空気供給路)19および排気流路21を備える。ここで、吸気弁1、ケミカルフィルタ2、コンプレッサ3、ダストフィルタ4、圧力センサ5、温度センサ6、NOxセンサ7、切替弁8、発電流路19および排気流路21により燃料電池14に空気を供給する系を構成し、ケミカルフィルタ2、コンプレッサ3、ダストフィルタ4、圧力センサ5、温度センサ6、NOxセンサ7、切替弁8、触媒9、切替弁10および循環流路15,16による循環路と、吸気弁1、水素供給路18および排気流路17とによりケミカルフィルタ2およびダストフィルタ4を再生する系を構成する。
As an air supply system (oxidant gas supply system), an intake valve 1, a
ここで、ケミカルフィルタ2は、一酸化炭素や硫黄等の燃料電池に対して有害なガス成分を吸着して除去し、またダストフィルタ4は、塵埃などのダスト成分を除去する。また、NOxセンサ7は窒素酸化物の濃度を検出する。またさらに、触媒9は燃焼触媒とNOx還元触媒を兼ね備えたもので、燃焼器および還元装置として機能する。
Here, the
なお、本実施例の燃料電池システムはコントローラ(図示せず)を備えており、コントローラは、水素供給系および空気供給系の各種センサや他の各種センサからの検知信号に基づき水素供給系および空気供給系の各構成要素の制御を行う。 Note that the fuel cell system of this embodiment includes a controller (not shown), and the controller is based on the hydrogen supply system and the air supply system based on various sensors and detection signals from various other sensors. Control each component of the supply system.
燃料電池14は、燃料ガスである水素が供給される燃料極(アノード)と酸化剤ガスである空気が供給される酸化剤極(カソード)とが電解質を挟んで重ね合わされて発電セルが構成されると共に、複数の発電セルが多段積層されたスタック構造を有しており、水素と空気中の酸素とを基にした電気化学反応により化学エネルギを電気エネルギに変換するものである。この燃料電池14の各発電セルでは、燃料極に供給された水素が水素イオンと電子とに分離される反応が起き、水素イオンは電解質を通り、電子は外部回路を通って電力を発生させ、酸化剤極にそれぞれ移動する。酸化剤極では、供給された空気中の酸素と電解質を通って移動した水素イオンおよび電子が反応して水が生成され、外部に排出される。
The
燃料電池14で発電を行うには、燃料ガスである水素や酸化剤ガスである空気を各発電セルの燃料極(アノード)や酸化剤極(カソード)に供給する必要があり、燃料電池システムでは、そのための機構として水素供給系および空気供給系が設けられている。
In order to generate power with the
水素供給系では、水素供給源である水素タンク11から供給される水素が、水素供給弁12で減圧され、発電流路(水素供給路)20を通って燃料電池14の燃料極に送り込まれる。燃料電池14の燃料極圧力は圧力センサ(図示せず)によって検出され、コントローラが圧力センサの検出値をフィードバックして圧力制御弁(図示せず)の動作を制御することで、燃料電池14の燃料極圧力が所望の圧力に保たれる。
In the hydrogen supply system, hydrogen supplied from the
また、空気供給系においては、燃料電池14の酸化剤極への空気供給は、上記燃料電池14に空気を供給する系(即ち、吸気弁1、ケミカルフィルタ2、コンプレッサ3、ダストフィルタ4、圧力センサ5、温度センサ6、NOxセンサ7、切替弁8、発電流路19および排気流路21)により行われる。燃料電池14の酸化剤極の空気圧は、コントローラが圧力センサ5で検出した空気圧力をフィードバックして圧力制御弁(図示せず)を駆動することによって制御される。
In the air supply system, the air supply to the oxidant electrode of the
さらに、コントローラは、例えばCPUやROM、RAM、周辺インターフェース等を有するマイクロコンピュータとして構成されており、燃料電池14、水素供給系および空気供給系の各種センサや他の各種計器からの検知信号に基づき、水素供給系および空気供給系の各構成要素の制御を行って(各種アクチュエータを駆動するなどして)、燃料電池システムの運転制御(発電制御およびフィルタ再生制御等)を行う。
Furthermore, the controller is configured as a microcomputer having, for example, a CPU, ROM, RAM, peripheral interface, and the like, and based on detection signals from the
次に、本発明の特徴であるフィルタ再生機能について、詳細に説明する。 Next, the filter regeneration function that is a feature of the present invention will be described in detail.
まず、燃料電池14の発電時に、NOxセンサ7が所定値以上のNOx(窒素酸化物)の濃度を検知した場合には、ケミカルフィルタ2のガス吸着性能が限界に達したものとして、次回の起動時の発電前または停止時の発電終了後にフィルタ再生モードが設定されることになる。
First, when the
このフィルタ再生モードでは、水素供給系の水素供給路および空気供給系の空気供給路を切り替えて上記循環路が構成される。すなわち、ケミカルフィルタ2、コンプレッサ3、ダストフィルタ4、圧力センサ5、温度センサ6、NOxセンサ7、切替弁8、触媒9、切替弁10および循環流路15,16による循環路を構成し、切替弁13の制御により水素が水素供給路18を経由して触媒9に供給されるようにし、また、切替弁8の制御により空気が循環流路15を経由して触媒9に供給されるようにする。
In the filter regeneration mode, the circulation path is configured by switching the hydrogen supply path of the hydrogen supply system and the air supply path of the air supply system. That is, a circulation path is constituted by the
以下の説明では、起動時の発電前にフィルタ再生モードを設定して、ケミカルフィルタ2およびダストフィルタの4再生を行う場合について説明する。
In the following description, a case will be described in which the filter regeneration mode is set before power generation at start-up and the
まず、起動時の発電開始前に、コントローラは、吸気弁1を閉じ、空気が循環流路15に流れるように切替弁8を切り替え、また、触媒9からのガスが循環流路16に流れるように切替弁10を切り替えることで、循環路を作る。このとき、コンプレッサ3を作動させることにより該循環路を空気が循環する。なお、フィルタ再生モードでのコンプレッサ3は単に循環路中の送風機として作動する。
First, before starting power generation at the time of start-up, the controller closes the intake valve 1, switches the switching valve 8 so that air flows into the
次に、コントローラは、圧力センサ5および温度センサ6の出力並びに循環路内の体積に基づき循環路内の酸素量を算出し、該酸素量と過不足なく反応する水素量を算出する。そして、水素が水素供給路18に流れるように切替弁13を切り替え、水素供給弁12を開いて算出した水素量分の水素を供給する。
Next, the controller calculates the oxygen amount in the circulation path based on the outputs of the pressure sensor 5 and the temperature sensor 6 and the volume in the circulation path, and calculates the hydrogen amount that reacts with the oxygen amount without excess or deficiency. Then, the switching
またこのとき、ダストフィルタ4中のダストを燃焼させるのに最適な循環路内温度および酸素濃度となるように、供給する水素量を調節する。つまり、循環路内で水素希薄状態を作ることにより、ダストの燃焼に必要な酸素を確保し、確実なダスト燃焼処理が可能となって、ダストフィルタ4の再生を促進することができる。 At this time, the amount of hydrogen to be supplied is adjusted so that the temperature in the circulation path and the oxygen concentration are optimal for burning the dust in the dust filter 4. That is, by creating a hydrogen lean state in the circulation path, oxygen necessary for the combustion of dust can be secured, a reliable dust combustion treatment can be performed, and regeneration of the dust filter 4 can be promoted.
切替弁13および水素供給路18を経由して供給された水素は、燃焼とNOx還元とを兼ねた触媒9で燃焼される。このとき発生した熱によりケミカルフィルタ2が吸着した燃料電池に有害なガス(NOx、SOxおよびH2S等)が脱離され、また、ダストフィルタ4が捕捉したダストも燃焼することになる。循環路を何周か流れる間にケミカルフィルタ2およびダストフィルタ4は再生され、次いで循環路中の酸素と過不足なく反応するだけの水素が供給される。これにより、水素の供給不足或いは供給過剰を防止することができる。その後、循環路中の酸素濃度が希薄になり、ケミカルフィルタ2より脱離したNOxの還元に適した環境となる。
Hydrogen supplied via the switching
ここでは、NOxセンサ7の出力を検知しながら、水素を少量ずつ循環路に供給する。ある一定濃度以下になったところで水素の供給を停止し、ガスが排気流路17に流れるように切替弁10を切り替える。次に、圧力センサ5の出力を検知しながら、循環路の高温ガスが吸気口から排気されることのないように、循環路の圧力が大気圧付近まで下がったところで吸気弁1を開く。
Here, hydrogen is supplied to the circulation path little by little while detecting the output of the NOx sensor 7. When the concentration becomes lower than a certain concentration, the supply of hydrogen is stopped, and the switching
また、この状態で切替弁8を発電流路19に流れるよう切り替えると、循環路中の高温残留ガスが燃料電池14に流入する恐れがあるため、温度センサ6の出力を検知しながら、吸気弁1を開けた状態で且つガスが排気流路17に流れるようにした状態で空気を流し、温度が燃料電池14に悪影響を与えない温度まで低下した後に、ガスが循環流路16に流れるように切替弁10を切り替えた後、空気が発電流路19に流れるように切替弁8を切り替え、吸気弁1、ケミカルフィルタ2、コンプレッサ3およびダストフィルタ4を経由して燃料電池14に空気を供給する系を構成し、燃料電池14の起動制御に移行する。
In addition, if the switching valve 8 is switched to flow to the power
以上説明したように、本実施例の燃料電池システムでは、水素(燃料ガス)および空気(酸化剤ガス)の供給により発電を行う燃料電池14と、燃料電池14に水素を供給する水素供給系(燃料ガス供給系)と、燃料電池14に空気を供給する空気供給系(酸化剤ガス供給系)と、を備えた燃料電池システムにおいて、水素供給系から供給される水素の燃焼熱を酸化剤ガス供給系の有害ガス成分を除去するケミカルフィルタ2に与えて、該ケミカルフィルタ2が吸着した有害ガスを脱離させ、該ケミカルフィルタ2を再生することとした。これにより、水素を直接供給する固体高分子型燃料電池システムにおいて、発電に必要な水素をフィルタの再生にも利用して、システムを肥大化させることなくケミカルフィルタ2の再生が可能であり、ケミカルフィルタ2を長寿命化することができる。
As described above, in the fuel cell system of the present embodiment, the
また、本実施例では、空気供給系に、コンプレッサ(圧縮機)3並びに触媒(燃焼器および還元装置)9を備え、ケミカルフィルタ2、コンプレッサ3および触媒9を含む循環路を構成し、該循環路に水素供給系から供給される水素の燃焼熱で、ケミカルフィルタ2が吸着した有害ガスを脱離させ、該脱離したガスを還元させることとした。これにより、ケミカルフィルタ2から脱離した有害ガスの除去に必要な工程である加熱および酸素濃度の低減を、水素を燃焼させるという工程一つで達成でき、システムを小型化することができる。
In this embodiment, the air supply system is provided with a compressor (compressor) 3 and a catalyst (combustor and reduction device) 9, and a circulation path including the
また、本実施例では、空気供給系にダスト成分を除去するダストフィルタ4を備える場合には、上記循環路に該ダストフィルタ4を含ませ、循環路に水素供給系から供給される水素の燃焼熱でダストフィルタ4が捕捉したダストを燃焼させ、該ダストフィルタ4を再生することとした。これにより、ケミカルフィルタ2とダストフィルタ4を一度に再生することができ、ダストフィルタ4を長寿命化することができる。
Further, in this embodiment, when the air supply system includes the dust filter 4 for removing dust components, the dust filter 4 is included in the circulation path, and the combustion of hydrogen supplied from the hydrogen supply system to the circulation path is performed. The dust captured by the dust filter 4 was burned by heat, and the dust filter 4 was regenerated. Thereby, the
また、本実施例では、起動時の発電前(または停止時の発電終了後)において、水素供給系の水素供給路および空気供給系の空気供給路を切り替えて循環路を構成し、ケミカルフィルタ2およびダストフィルタ4を再生することとした。これにより、閉塞した流路で水素を燃焼させることにより酸素濃度が低下し、脱離した有害ガスが還元反応を起こして、大気開放せずに有害ガスを処理できる。
In this embodiment, before the power generation at the time of start-up (or after the end of power generation at the time of stoppage), the hydrogen supply path of the hydrogen supply system and the air supply path of the air supply system are switched to form a circulation path, and the
また、本実施例では、空気供給系(の循環路)に、空気圧力を検出する圧力センサ5と、空気温度を検出する温度センサ6と、を備え、循環路を構成した後に、該循環路の体積並びに検出された圧力および温度に基づき求められる酸素量から、該酸素量と過不足無く反応する水素量を求め、水素供給系から該水素量分の燃水素を循環路内に供給することとした。これにより、水素の供給不足から有害ガスの還元が不十分になることや、水素の供給過剰から排気水素濃度が上昇することを防止し、有害ガスの確実な還元と排気水素濃度の低減が可能となる。 In the present embodiment, the air supply system (circulation path) is provided with a pressure sensor 5 for detecting the air pressure and a temperature sensor 6 for detecting the air temperature. After the circulation path is configured, the circulation path The amount of hydrogen that reacts with the amount of oxygen without excess or deficiency is determined from the amount of oxygen determined based on the volume of the gas and the detected pressure and temperature, and fuel hydrogen corresponding to the amount of hydrogen is supplied into the circulation path from the hydrogen supply system. It was. This prevents the reduction of harmful gases due to insufficient hydrogen supply and the increase in exhaust hydrogen concentration due to excessive supply of hydrogen, enabling reliable reduction of harmful gases and reduction of exhaust hydrogen concentration. It becomes.
また、本実施例では、空気供給系(の循環路)に、窒素酸化物の濃度を検出するNOxセンサ7を備え、該NOxセンサ7の検出値に基づき、水素供給系から循環路への燃料ガス供給の停止時期を判断することとした。これにより、ケミカルフィルタ2から脱離したNOxの還元度合および還元完了時期を検知することができ、水素供給を停止する最適な時期がわかる。
In the present embodiment, the air supply system (circulation path) is provided with a NOx sensor 7 for detecting the concentration of nitrogen oxides, and the fuel from the hydrogen supply system to the circulation path is based on the detected value of the NOx sensor 7. It was decided to determine when to stop supplying gas. Thereby, the reduction degree of NOx desorbed from the
また、本実施例では、酸化剤ガス供給系(の循環路)に、切替弁(排気弁)10と、吸気弁1と、を備え、循環路で水素供給系からの水素供給を停止した後に、排気流路17に流れるように切替弁10を切り替え(排気弁を開き)、該循環路における空気圧力が低下した後に吸気弁1を開くこととした。これにより、循環路内の高温ガスが吸気口へ逆流することを防止し、安全な排気が可能となる。
In this embodiment, the oxidant gas supply system (circulation path) is provided with a switching valve (exhaust valve) 10 and an intake valve 1, and after the supply of hydrogen from the hydrogen supply system is stopped in the circulation path, The switching
また、本実施例では、吸気弁1を開いた後に、循環路の温度センサ6で検出された温度に基づき循環流路16に流れるように切替弁10を切り替える(排気弁を閉める)時期を判断し、切替弁10を切り替えた(排気弁を閉めた)後に、ケミカルフィルタ2、コンプレッサ3およびダストフィルタ4を経由して燃料電池14に空気を供給する系を構成することとした。これにより、循環路に残った高温ガスが燃料電池14内に流入することを防止し、燃料電池14の故障および性能劣化を防止することができる。
Further, in this embodiment, after opening the intake valve 1, it is determined when to switch the switching valve 10 (close the exhaust valve) so as to flow into the
さらに、本実施例では、循環路内で燃料ガス希薄状態を作ることにより、ダストフィルタ4の再生を促進することとした。これにより、ダストの燃焼に必要な酸素を確保し、確実なダスト燃焼処理が可能となる。 Furthermore, in this embodiment, the regeneration of the dust filter 4 is promoted by creating a lean fuel gas state in the circulation path. Thereby, oxygen required for the combustion of dust is ensured, and a reliable dust combustion process becomes possible.
なお、本実施例の具体的説明においては、起動時の発電前のフィルタ再生モードについて説明したが、燃料電池14の発電時に、NOxセンサ7が所定値以上のNOxの濃度を検知した場合には、該発電終了後の停止時に、フィルタ再生モードを設定してフィルタ再生を行うようにしても良い。
In the specific description of the present embodiment, the filter regeneration mode before power generation at the time of start-up has been described. However, when the NOx sensor 7 detects the concentration of NOx equal to or greater than a predetermined value during power generation of the
また、図1の構成では、ケミカルフィルタ2およびダストフィルタ4を1個ずつ備える構成としたが、それぞれ複数個備える構成としても良い。この場合、一のケミカルフィルタおよびダストフィルタを燃料電池14に空気を供給する系に利用して燃料電池14による発電を行い、他方、他のケミカルフィルタおよびダストフィルタを循環路に組み込み、該循環路に燃料電池14の排気ガスを供給して該ケミカルフィルタおよび該ダストフィルタを再生する構成とすることができる。つまり、燃料電池14の発電に使用する吸気路とフィルタの再生に使用する循環路を独立して持つ構成を実現できるため、発電中にフィルタの再生が可能となる。
Moreover, in the structure of FIG. 1, although it was set as the structure provided with the
1 吸気弁
2 ケミカルフィルタ
3 コンプレッサ(圧縮機)
4 ダストフィルタ
5 圧力センサ
6 温度センサ
7 NOxセンサ
8 切替弁
9 触媒(燃焼器および還元装置)
10 切替弁(排気弁)
11 水素タンク
12 水素供給弁
13 切替弁
14 燃料電池
15,16 循環流路
17 排気流路
18 水素供給路
19,20 発電流路
21 排気流路
1
4 Dust filter 5 Pressure sensor 6 Temperature sensor 7 NOx sensor 8 Switching valve 9 Catalyst (combustor and reduction device)
10 Switching valve (exhaust valve)
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給系と、
前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給系と、
を有する燃料電池システムにおいて、
前記酸化剤ガス供給系は、有害ガス成分を除去するケミカルフィルタを有し、
前記燃料ガス供給系から供給される燃料ガスの燃焼熱を前記ケミカルフィルタに与えて、該ケミカルフィルタが吸着した有害ガスを脱離させ、該ケミカルフィルタを再生することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell that generates power by supplying fuel gas and oxidant gas;
A fuel gas supply system for supplying fuel gas to the fuel cell;
An oxidant gas supply system for supplying an oxidant gas to the fuel cell;
In a fuel cell system having
The oxidant gas supply system has a chemical filter that removes harmful gas components,
A fuel cell system for regenerating the chemical filter by applying combustion heat of the fuel gas supplied from the fuel gas supply system to the chemical filter to desorb the harmful gas adsorbed by the chemical filter.
前記ケミカルフィルタ、前記圧縮機、前記燃焼器および前記還元装置を含む循環路を構成し、該循環路に前記燃料ガス供給系から供給される燃料ガスの燃焼熱で、前記ケミカルフィルタが吸着した有害ガスを脱離させ、該脱離したガスを還元させ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。 The oxidant gas supply system includes a compressor, a combustor, and a reduction device,
The chemical filter, the compressor, the combustor, and the recirculation path including the reduction device are configured, and the chemical filter adsorbs the combustion heat of the fuel gas supplied from the fuel gas supply system to the circulation path. The fuel cell system according to claim 1, wherein the gas is desorbed and the desorbed gas is reduced.
前記循環路は、前記ダストフィルタを含み、当該循環路に前記燃料ガス供給系から供給される燃料ガスの燃焼熱で、前記ダストフィルタが捕捉したダストを燃焼させ、該ダストフィルタを再生す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。 The oxidant gas supply system has a dust filter for removing dust components,
The circulation path includes the dust filter, and the dust captured by the dust filter is burned by the combustion heat of the fuel gas supplied from the fuel gas supply system to the circulation path to regenerate the dust filter. The fuel cell system according to claim 2, wherein:
前記酸化剤ガスの圧力を検出する圧力センサと、
前記酸化剤ガスの温度を検出する温度センサと、を有し、
前記循環路を構成した後に、該循環路の体積並びに検出された圧力および温度に基づき求められる酸化剤ガス量から、該酸化剤ガス量と過不足無く反応する燃料ガス量を求め、前記燃料ガス供給系は、該燃料ガス量分の燃料ガスを前記循環路内に供給することを特徴とする請求項2〜請求項4の何れか1項に記載の燃料電池システム。 The oxidant gas supply system is connected to the circulation path.
A pressure sensor for detecting the pressure of the oxidant gas;
A temperature sensor for detecting the temperature of the oxidant gas,
After configuring the circulation path, from the amount of the oxidant gas obtained based on the volume of the circulation path and the detected pressure and temperature, the amount of fuel gas that reacts with the amount of the oxidant gas without excess or deficiency is obtained, and the fuel gas The fuel cell system according to any one of claims 2 to 4, wherein the supply system supplies fuel gas corresponding to the amount of the fuel gas into the circulation path.
前記NOxセンサの検出値に基づき、前記燃料ガス供給系から前記循環路への燃料ガス供給の停止時期を判断することを特徴とする請求項2〜請求項5の何れか1項に記載の燃料電池システム。 The oxidant gas supply system has a NOx sensor for detecting the concentration of nitrogen oxides in the circulation path,
The fuel according to any one of claims 2 to 5, wherein a stop timing of fuel gas supply from the fuel gas supply system to the circulation path is determined based on a detection value of the NOx sensor. Battery system.
前記循環路で前記燃料ガス供給系からの燃料ガス供給を停止した後に、前記排気弁を開き、該循環路における酸化剤ガス圧力が低下した後に前記吸気弁を開くことを特徴とする請求項2〜請求項6の何れか1項に記載の燃料電池システム。 The oxidant gas supply system has an exhaust valve and an intake valve in the circulation path,
3. The exhaust valve is opened after the fuel gas supply from the fuel gas supply system is stopped in the circulation path, and the intake valve is opened after the oxidant gas pressure in the circulation path is reduced. The fuel cell system according to any one of claims 6 to 6.
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