JP2007242339A - 燃料電池システム、燃料電池の湿潤度合計測方法、燃料電池のパージ制御方法 - Google Patents
燃料電池システム、燃料電池の湿潤度合計測方法、燃料電池のパージ制御方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】本発明の燃料電池システム1は、パージガスの流れ方向に沿って複数の温度センサ25、26、27を設置した温度測定セル10を備え、パージを実施するときには燃料電池スタック2に所定時間ガスを流し、温度センサ25、26、27によって測定された温度の時間変化率に基づいて、燃料電池セル内のガスの流れ方向の各位置における湿潤度合を検出し、温度の時間変化率が所定値より小さくなるとパージを停止する。
【選択図】図1
Description
陰極反応:2H++2e-+(1/2)O2→H2O (2)
陽極に供給される燃料ガスは、水素貯蔵装置から直接供給する方法や水素を含有する燃料を改質して水素含有ガスを供給する方法などが知られている。水素貯蔵装置としては、高圧ガスタンク、液化水素タンク、水素吸蔵合金タンク等があり、水素を含有する燃料としては、天然ガス、メタノール、ガソリン等が考えられる。
以下、本発明の第1の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は本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。
次に、本発明の第2の実施形態を図10に基づいて説明する。図10は、本実施形態の燃料電池システムによるパージ制御処理を示すフローチャートである。尚、本実施形態の燃料電池システムの構成は第1の実施形態と同一なので、詳しい説明は省略する。
次に、本発明の第3の実施形態を図12に基づいて説明する。図12に示すように、本実施形態の燃料電池システム51は、燃料電池スタック2が次回起動するときの温度を予測して起動温度予測値を算出する起動温度予測部(起動温度予測手段)52をさらに備えたことが第1の実施形態と異なっており、その他の構成については第1の実施形態と同様なので、詳しい説明は省略する。
次に、本発明の第4の実施形態を図15に基づいて説明する。図15に示すように、本実施形態の燃料電池システム61は、燃料電池セル内のガスの流れ方向上流側に冷却水を流す上流側冷却水流路62と、ガスの流れ方向下流側に冷却水を流す下流側冷却水流路63と、上流側冷却水流路62に流れる冷却水の流量をコントロールする上流側バルブ64と、下流側冷却水流路63に流れる冷却水の流量をコントロールする下流側バルブ65と、上流側冷却水流路62から流出する冷却水の温度を検出する上流側冷却水出口温度センサ66と、下流側冷却水流路63から流出する冷却水の温度を検出する下流側冷却水出口温度センサ67とをさらに備えたことが第1の実施形態と異なっており、その他の構成については第1の実施形態と同様なので、詳しい説明は省略する。
次に、本発明の第5の実施形態を図18に基づいて説明する。図18に示すように、本実施形態の燃料電池システムでは、発電に寄与しないダミーセル81を設置し、このダミーセル81に温度センサ25、26、27を設置したことが第1の実施形態と異なっており、その他の構成については第1の実施形態と同様なので、詳しい説明は省略する。
2 燃料電池スタック
3 制御部(制御手段)
4 水素タンク
5 コンプレッサ
6 冷却水ポンプ
7 ラジエータ
8 冷却水流路
9 三方弁
10 温度測定セル
11 冷却水出口温度センサ
21 膜電極接合体
22、71 カソードセパレータ
23 アノードセパレータ
25、26、27 温度センサ(温度計測手段)
41、76 カソード入口マニホールド
42、77 カソード出口マニホールド
43、78 アノード入口マニホールド
44、79 アノード出口マニホールド
45 冷却水入口マニホールド
46 冷却水出口マニホールド
47 カソードガス流路
52 起動温度予測部(起動温度予測手段)
62 上流側冷却水流路
63 下流側冷却水流路
64 上流側バルブ
65 下流側バルブ
66 上流側冷却水出口温度センサ
67 下流側冷却水出口温度センサ
72 上流側冷却水入口マニホールド
73 上流側冷却水出口マニホールド
74 下流側冷却水入口マニホールド
75 下流側冷却水出口マニホールド
81 ダミーセル
82 異形アノードセパレータ
Claims (14)
- 燃料電池セルを複数積層させて構成した燃料電池スタックにより発電する燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池セル内に設置された温度計測手段と、
前記燃料電池スタックに所定時間ガスを流し、前記温度計測手段によって測定された温度の時間変化率に基づいて、前記燃料電池セル内における湿潤度合を検出する制御手段と
を備えていることを特徴とする燃料電池システム。 - 前記燃料電池スタックの運転停止時にパージを実施し、前記温度の時間変化率が所定値より小さくなったときにパージを停止す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。
- 前記温度計測手段は、前記燃料電池セル内のガスの流れ方向に沿って複数箇所に設置され、
前記制御手段は、前記燃料電池セル内のガスの流れ方向上流側の温度の時間変化率と下流側の温度の時間変化率とを検出し、前記上流側の温度の時間変化率が第1の所定値より小さくなるか、あるいは前記下流側の温度の時間変化率が第2の所定値より小さくなったときにパージを停止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。 - 前記燃料電池スタックの次回起動時における温度を予測して起動温度予測値を算出する起動温度予測手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記起動温度予測値に基づいて前記燃料電池セルに要求される乾燥状態を算出し、算出した乾燥状態に基づいてパージを停止することを特徴とする請求項2または請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 - 前記燃料電池スタックは、前記燃料電池セル内のガスの流れ方向上流側に冷却水を流す上流側冷却水流路と下流側に冷却水を流す下流側冷却水流路とを備え、
前記制御手段は、前記上流側の温度の時間変化率が所定値より小さくなると、前記上流側冷却水流路のみに冷却水を供給することを特徴とする請求項3から請求項4のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 - 前記温度計測手段は、前記燃料電池セルの膜電極接合体に近接して設置されていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記燃料電池スタックは、発電に寄与しないダミーセルを備え、前記温度計測手段は前記ダミーセルに設置されていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
- 燃料電池スタックを構成する燃料電池セルの湿潤度合を計測する燃料電池の湿潤度合計測方法において、
前記燃料電池セル内に温度計測手段を設置し、
前記燃料電池スタックに所定時間ガスを流し、前記温度計測手段によって測定された温度の時間変化率に基づいて、前記燃料電池セル内における湿潤度合を検出することを特徴とする燃料電池の湿潤度合計測方法。 - 燃料電池セルを複数積層させて構成した燃料電池スタックの運転停止時に実施されるパージを制御する燃料電池のパージ制御方法において、
前記燃料電池セル内に温度計測手段を設置し、
前記燃料電池スタックに所定時間ガスを流し、前記温度計測手段によって測定された温度の時間変化率が所定値より小さくなったときにパージを停止することを特徴とする燃料電池のパージ制御方法。 - 前記温度計測手段は、前記燃料電池セル内のガスの流れ方向に沿って複数箇所に設置され、
前記燃料電池セル内のガスの流れ方向上流側の温度の時間変化率と下流側の温度の時間変化率とを検出し、前記上流側の温度の時間変化率が第1の所定値より小さくなるか、あるいは前記下流側の温度の時間変化率が第2の所定値より小さくなったときにパージを停止することを特徴とする請求項9に記載の燃料電池のパージ制御方法。 - 前記燃料電池スタックが次回起動するときの温度を予測して起動温度予測値を算出し、この起動温度予測値に基づいて前記燃料電池セルに要求される乾燥状態を算出し、算出した乾燥状態に基づいてパージを停止することを特徴とする請求項9または請求項10のいずれか1項に記載の燃料電池のパージ制御方法。
- 前記燃料電池セル内のガスの流れ方向上流側に冷却水を流す上流側冷却水流路と、ガスの流れ方向下流側に冷却水を流す下流側冷却水流路とを前記燃料電池スタックに設置し、
前記上流側の温度の時間変化率が所定値より小さくなると、前記上流側冷却水流路のみに冷却水を供給することを特徴とする請求項9から請求項11のいずれか1項に記載の燃料電池のパージ制御方法。 - 前記温度計測手段を前記燃料電池セルの膜電極接合体に近接して設置したことを特徴とする請求項9から請求項12のいずれか1項に記載の燃料電池のパージ制御方法。
- 前記燃料電池スタックに発電に寄与しないダミーセルを設置し、前記温度計測手段を前記ダミーセルに設置したことを特徴とする請求項9から請求項12のいずれか1項に記載の燃料電池のパージ制御方法。
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