JP2007265622A - Fuel cell system - Google Patents

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JP2007265622A JP2006084837A JP2006084837A JP2007265622A JP 2007265622 A JP2007265622 A JP 2007265622A JP 2006084837 A JP2006084837 A JP 2006084837A JP 2006084837 A JP2006084837 A JP 2006084837A JP 2007265622 A JP2007265622 A JP 2007265622A
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Kenichi Hamada
研一 濱田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology of attenuating a load added on a low-voltage fan for a fuel cell system, in case it is used for scavenging a cathode side of a fuel cell. <P>SOLUTION: The system is provided with an oxidizing gas supply part operating with voltage impressed for supplying oxidizing gas to the fuel cell for its electrochemical reaction, an oxidizing gas supply flow channel, an oxidizing gas exhaust flow channel, a branch flow channel with one end connected with the oxidizing supply flow channel and the other end open toward outside the fuel cell system, a low-voltage fan fitted at the branch flow channel and operating at a voltage lower than the lowest voltage needed for operating the oxidizing gas supply part, a fan control part operating the low-voltage fan at scavenging treatment of the fuel cell system, and a shutoff part fitted at an upstream position of a connecting part with the branch flow channel in a direction of the oxidizing gas supply to shut off flow of gas in the oxidizing gas supply channel, in case the fan control part operates the low-voltage fan. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、低電圧で稼動可能なファンを用いて燃料電池のカソード側の掃気処理を行う技術に関する。   The present invention relates to a technique for performing a scavenging process on the cathode side of a fuel cell using a fan operable at a low voltage.

近年、水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガスを用いて発電を行う燃料電池が注目されている。このような燃料電池を備える燃料電池システムでは、燃料電池システムを停止する際に、酸化ガスを燃料電池に供給するためのコンプレッサを用いて、燃料電池のカソード側の流路（以下では、カソード側流路とも呼ぶ。）の残留水を掃気する掃気処理が行われている。ところで、このコンプレッサを稼働させるためには、大きな電圧が必要であるため、このコンプレッサには、燃料電池や燃料電池で発電された電気を蓄電する二次電池などの高電圧系から電圧が印加される。一方、燃料電池システムの掃気処理時において、高電圧系の稼働をできるだけ素早く停止させたいという要望があり、そのため、燃料電池システムの掃気処理を、コンプレッサを用いずに行うことが可能な技術が望まれていた。   In recent years, a fuel cell that generates power using a fuel gas containing hydrogen and an oxidizing gas containing oxygen has attracted attention. In the fuel cell system including such a fuel cell, when the fuel cell system is stopped, a flow passage on the cathode side of the fuel cell (hereinafter referred to as the cathode side) is used by using a compressor for supplying the oxidizing gas to the fuel cell. A scavenging process for scavenging residual water is also performed. By the way, since a large voltage is required to operate this compressor, a voltage is applied to this compressor from a high voltage system such as a fuel cell or a secondary battery that stores electricity generated by the fuel cell. The On the other hand, during the scavenging process of the fuel cell system, there is a demand for stopping the operation of the high voltage system as quickly as possible. Therefore, a technology capable of performing the scavenging process of the fuel cell system without using a compressor is desired. It was rare.

なお、このような燃料電池システムにおいて、上述のような掃気処理をコンプレッサを用いて行う技術として、下記特許文献１に記載の技術が公開されている。また、以下では、コンプレッサから、酸化ガスを燃料電池に供給するための流路を酸化ガス供給流路とも呼び、燃料電池で電気化学反応に供された後の酸化ガスを燃料電池から燃料電池システムの外部に排出するための流路を、酸化ガス排出流路とも呼ぶ。上記燃料電池のカソード側流路には、燃料電池において、カソードに酸化ガスを供給するためのカソード流路と、酸化ガス供給流路と、酸化ガス排出流路とが含まれる。   In such a fuel cell system, as a technique for performing the scavenging process as described above using a compressor, a technique described in Patent Document 1 below is disclosed. In the following, the flow path for supplying the oxidizing gas from the compressor to the fuel cell is also called the oxidizing gas supply flow path, and the oxidizing gas after being subjected to the electrochemical reaction in the fuel cell is transferred from the fuel cell to the fuel cell system. The flow path for discharging to the outside is also referred to as an oxidizing gas discharge flow path. In the fuel cell, the cathode side flow path of the fuel cell includes a cathode flow path for supplying oxidizing gas to the cathode, an oxidizing gas supply flow path, and an oxidizing gas discharge flow path.

図６は、従来例の燃料電池システムＭの構成を示すブロック図である。上述のような要望を満たすため、コンプレッサを用いず（すなわち、高電圧系を稼働させず）に、掃気処理を行う燃料電池システム（以下では、燃料電池システムＭとも呼ぶ。）が知られている（図６参照）。この燃料電池システムＭでは、酸化ガス排出流路３６から分岐する分岐流路４６’上に、コンプレッサ３０の稼働に必要な電圧よりも低電圧で稼働し、高電圧系ではない低電圧二次電池６０’（例えば、１２Ｖバッテリなど。）から電圧が印加される低電圧ファン４０’が設けられ、また、酸化ガス排出流路３６において、分岐流路より酸化ガスの排出方向に対して下流側の位置に下流側遮断弁７０’が設けられる。そして、この燃料電池システムＭにおいて、下流側遮断弁７０’を閉弁させた状態で、低電圧ファン４０’を稼働させることにより、コンプレッサ３０を介して、大気をカソード側流路（酸化ガス排出流路３６、カソード流路３５、および、酸化ガス供給流路３４）内に吸引し、その流れにより、カソード側流路内の残留水を低電圧ファン４０’を介して燃料電池システムＭの外部に排出するようにしていた。または、下流側遮断弁７０’を閉弁させた状態で、低電圧ファン４０’を稼働させることにより、大気を取り込んでカソード側流路に吐出させ、その流れにより、カソード側流路内の残留水をコンプレッサ３０を介して外部に排出するようにしていた。なお、図６に示す高電圧二次電池８０’は、高電圧系に該当する。   FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a conventional fuel cell system M. As shown in FIG. In order to satisfy the above-described demand, a fuel cell system (hereinafter also referred to as a fuel cell system M) that performs a scavenging process without using a compressor (that is, without operating a high-voltage system) is known. (See FIG. 6). In this fuel cell system M, a low-voltage secondary battery that operates at a voltage lower than the voltage required for the operation of the compressor 30 on the branch channel 46 ′ branched from the oxidizing gas discharge channel 36 and is not a high-voltage system. 60 '(for example, a 12V battery) is provided with a low voltage fan 40' to which a voltage is applied, and in the oxidizing gas discharge channel 36, the downstream side of the branching channel with respect to the oxidizing gas discharge direction. A downstream shut-off valve 70 'is provided at the position. In this fuel cell system M, the low-voltage fan 40 ′ is operated with the downstream shut-off valve 70 ′ closed, whereby the atmosphere is evacuated via the compressor 30 to the cathode side flow path (oxidation gas discharge). In the flow path 36, the cathode flow path 35, and the oxidizing gas supply flow path 34), the flow causes residual water in the cathode-side flow path to be external to the fuel cell system M via the low-voltage fan 40 ′. I was trying to discharge. Alternatively, by operating the low-voltage fan 40 ′ with the downstream shut-off valve 70 ′ closed, the air is taken in and discharged to the cathode-side channel, and the flow causes the residual in the cathode-side channel. Water was discharged to the outside through the compressor 30. Note that the high voltage secondary battery 80 ′ shown in FIG. 6 corresponds to a high voltage system.

特開昭６０−６５４７１号公報JP-A-60-65471

しかしながら、上述の燃料電池システムＭのように、低電圧ファンを稼働させ、コンプレッサを介して大気を吸引することにより掃気を行ったり、大気を取り込んでコンプレッサから排出することにより掃気を行う場合において、コンプレッサの圧力損失は比較的高いので、この掃気処理において、低電圧ファンに大きな負荷が掛かるおそれがあった。そうすると、低電圧ファンに過度の発熱が生じそれにより耐久性が低下したり、または、消費電力が多くなったりするなどの不具合が生じるおそれがあった。   However, as in the fuel cell system M described above, when a low voltage fan is operated and scavenging is performed by sucking the air through the compressor, or when scavenging is performed by taking the air and discharging it from the compressor, Since the pressure loss of the compressor is relatively high, there is a possibility that a large load is applied to the low voltage fan in this scavenging process. As a result, excessive heat is generated in the low-voltage fan, which may cause problems such as a decrease in durability or an increase in power consumption.

なお、上述した燃料電池システムＭにおいて、酸化ガスを燃料電池のカソードに供給する手段として、コンプレッサ３０の代わりにブロワなどの所定の酸化ガス供給部を設けるようにしてもよく、このような場合においても上記問題は生じうる。   In the fuel cell system M described above, a predetermined oxidizing gas supply unit such as a blower may be provided in place of the compressor 30 as means for supplying the oxidizing gas to the cathode of the fuel cell. However, the above problem can occur.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、燃料電池システムにおいて、低電圧ファンを用いて燃料電池のカソード側の掃気処理を行う場合に、低電圧ファンに掛かる負荷を軽減する技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and in a fuel cell system, a technique for reducing a load applied to a low-voltage fan when a scavenging process on the cathode side of the fuel cell is performed using a low-voltage fan. The purpose is to provide.

上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の第１の燃料電池システムでは、
燃料電池システムであって、
燃料電池と、
電圧が印加されることにより稼働し、前記燃料電池で電気化学反応に供される酸化ガスを前記燃料電池に供給する酸化ガス供給部と、
前記酸化ガス供給部と前記燃料電池と接続され、前記酸化ガス供給部から供給される酸化ガスを前記燃料電池に導くための酸化ガス供給流路と、
前記燃料電池と接続され、前記燃料電池で前記電気化学反応に供された後の酸化ガスを前記燃料電池から前記燃料電池システムの外部に排出するための酸化ガス排出流路と、
一端が前記酸化ガス供給流路と接続され、他端が前記燃料電池システムの外部に開放される分岐流路と、
前記分岐流路に設けられ、前記酸化ガス供給部を稼動させるために必要な最低電圧よりも低電圧で稼動する低電圧ファンと、
前記燃料電池システムの掃気処理時において、前記低電圧ファンを稼動させるファン制御部と、
前記ファン制御部が前記低電圧ファンを稼動させている場合に、前記酸化ガス供給流路において、前記酸化ガスの供給方向に対して前記分岐流路との接続部分より上流側の位置に配置され、ガスの流れを遮断するための遮断部と、
を備えることを要旨とする。 In order to achieve at least a part of the above object, in the first fuel cell system of the present invention,
A fuel cell system,
A fuel cell;
An oxidant gas supply unit that operates when a voltage is applied and supplies an oxidant gas that is subjected to an electrochemical reaction in the fuel cell to the fuel cell;
An oxidant gas supply channel connected to the oxidant gas supply unit and the fuel cell, and leading the oxidant gas supplied from the oxidant gas supply unit to the fuel cell;
An oxidizing gas discharge flow path for discharging the oxidizing gas after being connected to the fuel cell and subjected to the electrochemical reaction in the fuel cell from the fuel cell to the outside of the fuel cell system;
A branch flow path having one end connected to the oxidizing gas supply flow path and the other end opened to the outside of the fuel cell system;
A low-voltage fan that is provided in the branch flow path and operates at a voltage lower than the minimum voltage required to operate the oxidizing gas supply unit;
A fan control unit that operates the low-voltage fan during the scavenging process of the fuel cell system;
When the fan control unit is operating the low-voltage fan, the oxidizing gas supply flow path is disposed at a position upstream of a connection portion with the branch flow path in the oxidizing gas supply direction. A blocking part for blocking the gas flow;
It is a summary to provide.

上記構成の燃料電池システムによれば、掃気処理時において、低電圧ファンは、燃料電池内の残留水を排出する際に、酸化ガス供給部を介して外気を給排することがなく、それに伴い酸化ガス供給部から圧力損失を受けることがないので、低電圧ファンに掛かる負荷を軽減することができる。その結果、低電圧ファンに過度の発熱が生じそれにより耐久性が低下したり、または、消費電力が多くなったりするなどの不具合を抑制することが可能となる。   According to the fuel cell system configured as described above, during the scavenging process, the low-voltage fan does not supply or discharge outside air through the oxidizing gas supply unit when discharging the residual water in the fuel cell. Since no pressure loss is received from the oxidizing gas supply unit, the load on the low voltage fan can be reduced. As a result, it is possible to suppress problems such as excessive heat generation in the low-voltage fan, thereby reducing durability or increasing power consumption.

上記燃料電池システムにおいて、
前記遮断部は、
前記酸化ガス供給流路において、前記分岐流路との前記接続部分より前記上流側の位置に配置される上流側遮断弁と、
前記上流側遮断弁を制御するための上流側遮断弁制御部と、を備え、
前記前記ファン制御部が前記低電圧ファンを稼動させている場合に、前記上流側遮断弁制御部が、前記上流側遮断弁を閉弁させることにより、前記酸化ガス供給流路において、前記分岐流路との前記接続部分より前記上流側のガスの流れを遮断するようにしてもよい。 In the fuel cell system,
The blocking part is
In the oxidizing gas supply channel, an upstream side shut-off valve disposed at a position on the upstream side from the connection portion with the branch channel,
An upstream cutoff valve control unit for controlling the upstream cutoff valve;
When the fan control unit is operating the low-voltage fan, the upstream side shut-off valve control unit closes the upstream side shut-off valve, thereby causing the branch flow in the oxidizing gas supply channel. You may make it interrupt | block the flow of the said gas upstream from the said connection part with a path | route.

このようにすれば、掃気処理時において、低電圧ファンを稼働させた場合に、酸化ガス供給部、酸化ガス供給流路を介して、ガスが、流入したり、排出されたりすることを抑制することができ、掃気効率を向上させることができる。   If it does in this way, when a low voltage fan is operated at the time of scavenging processing, it will control that gas flows in and is discharged via an oxidizing gas supply part and an oxidizing gas supply channel. And scavenging efficiency can be improved.

上記燃料電池システムにおいて、
前記遮断部は、
前記酸化ガス供給部としてもよい。 In the fuel cell system,
The blocking part is
The oxidizing gas supply unit may be used.

このようにすれば、部品点数を削減することが可能である。   In this way, the number of parts can be reduced.

上記燃料電池システムにおいて、
前記ファン制御部は、
前記燃料電池システムの掃気処理時において、前記低電圧ファンに前記酸化ガス供給流路のガスを吸引させるように稼動させるようにしてもよい。 In the fuel cell system,
The fan controller is
During the scavenging process of the fuel cell system, the low voltage fan may be operated so as to suck the gas in the oxidizing gas supply channel.

このようにすれば、効率的に燃料電池内の残留水の掃気を行うことができる。   In this way, the remaining water in the fuel cell can be efficiently scavenged.

上記燃料電池システムにおいて、
前記分岐流路に設けられる分岐流路遮断弁と、
前記燃料電池の通常発電時において、前記分岐流路遮断弁を閉弁制御する分岐流路遮断弁制御部と、
を備えるようにしてもよい。 In the fuel cell system,
A branch channel shutoff valve provided in the branch channel;
A branch flow path shut-off valve control unit for closing the branch flow path shut-off valve during normal power generation of the fuel cell;
You may make it provide.

このようにすれば、燃料電池の通常発電時において、分岐流路から酸化ガスが漏れることを抑制することができる。   In this way, it is possible to prevent the oxidizing gas from leaking from the branch channel during normal power generation of the fuel cell.

上記燃料電池システムにおいて、
前記低電圧ファンは、１２Ｖ以下で稼働するようにしてもよい。 In the fuel cell system,
The low voltage fan may be operated at 12V or less.

このようにすれば、低電圧ファンの汎用性を向上させることができる。   In this way, the versatility of the low voltage fan can be improved.

上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の第２の燃料電池システムでは、
燃料電池システムであって、
燃料電池と、
電圧が印加されることにより稼働し、前記燃料電池で電気化学反応に供される酸化ガスを前記燃料電池に供給する酸化ガス供給部と、
前記酸化ガス供給部と前記燃料電池と接続され、前記酸化ガス供給部から供給される酸化ガスを前記燃料電池に導くための酸化ガス供給流路と、
前記燃料電池と接続され、前記燃料電池で前記電気化学反応に供された後の酸化ガスを前記燃料電池から前記燃料電池システムの外部に排出するための酸化ガス排出流路と、
一端が前記酸化ガス供給流路と接続され、他端が前記燃料電池システムの外部に開放される第１の分岐流路と、
前記第１の分岐流路に設けられる分岐流路遮断弁と、
一端が前記酸化ガス排出流路と接続され、他端が前記燃料電池システムの外部に開放される第２の分岐流路と、
前記酸化ガス排出流路において、前記酸化ガスの排出方向に対して前記第２の分岐流路との接続部分より下流側の位置に配置され、ガスの流れを遮断するための排出流路遮断弁と、
前記第２の分岐流路に設けられ、前記酸化ガス供給部を稼動させるために必要な最低電圧よりも低電圧で稼動する低電圧ファンと、
前記燃料電池システムの掃気処理時において、前記低電圧ファンを稼動させるファン制御部と、
前記ファン制御部が前記低電圧ファンを稼働させている場合に、前記分岐流路遮断弁を開弁させ、前記排出流路遮断弁を閉弁させる遮断弁制御部と、
を備えることを要旨とする。 In order to achieve at least a part of the above object, in the second fuel cell system of the present invention,
A fuel cell system,
A fuel cell;
An oxidant gas supply unit that operates when a voltage is applied and supplies an oxidant gas that is subjected to an electrochemical reaction in the fuel cell to the fuel cell;
An oxidant gas supply channel connected to the oxidant gas supply unit and the fuel cell, and leading the oxidant gas supplied from the oxidant gas supply unit to the fuel cell;
An oxidizing gas discharge flow path for discharging the oxidizing gas after being connected to the fuel cell and subjected to the electrochemical reaction in the fuel cell from the fuel cell to the outside of the fuel cell system;
A first branch flow path having one end connected to the oxidizing gas supply flow path and the other end opened to the outside of the fuel cell system;
A branch flow path shut-off valve provided in the first branch flow path;
A second branch flow path having one end connected to the oxidizing gas discharge flow path and the other end opened to the outside of the fuel cell system;
In the oxidizing gas discharge flow path, a discharge flow path shut-off valve is disposed at a position downstream of the connecting portion with the second branch flow path with respect to the oxidizing gas discharge direction, and shuts off the gas flow. When,
A low voltage fan that is provided in the second branch flow path and operates at a voltage lower than a minimum voltage required to operate the oxidizing gas supply unit;
A fan control unit that operates the low-voltage fan during the scavenging process of the fuel cell system;
A shut-off valve control unit for opening the branch flow passage shut-off valve and closing the discharge flow passage shut-off valve when the fan control unit is operating the low-voltage fan;
It is a summary to provide.

上記構成の燃料電池システムによれば、掃気処理時において、低電圧ファンは、燃料電池内の残留水を排出する際に、酸化ガス供給部を介して外気を給排することを抑制することができ、それに伴い酸化ガス供給部から圧力損失を受けることを抑制することができるので、低電圧ファンに掛かる負荷を軽減することができる。その結果、低電圧ファンに過度の発熱が生じそれにより耐久性が低下したり、または、消費電力が多くなったりするなどの不具合を抑制することが可能となる。   According to the fuel cell system configured as described above, during the scavenging process, the low-voltage fan can suppress the supply and discharge of the outside air via the oxidizing gas supply unit when discharging the residual water in the fuel cell. As a result, it is possible to suppress the pressure loss from the oxidant gas supply unit, and the load on the low voltage fan can be reduced. As a result, it is possible to suppress problems such as excessive heat generation in the low-voltage fan, thereby reducing durability or increasing power consumption.

なお、本発明は、上記した燃料電池システムなどの装置発明の態様に限ることなく、燃料電池システムの運転方法などの方法発明としての態様で実現することも可能である。さらには、それら方法や装置を構築するためのコンピュータプログラムとしての態様や、そのようなコンピュータプログラムを記録した記録媒体としての態様や、上記コンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号など、種々の態様で実現することも可能である。   The present invention is not limited to the above-described aspects of the device invention such as the fuel cell system, but can also be realized as a method invention such as a method for operating the fuel cell system. Further, aspects as a computer program for constructing those methods and apparatuses, aspects as a recording medium recording such a computer program, data signals embodied in a carrier wave including the computer program, etc. It can also be realized in various ways.

また、本発明をコンピュータプログラムまたはそのプログラムを記録した記録媒体等として構成する場合には、上記装置の動作を制御するプログラム全体として構成するものとしてもよいし、本発明の機能を果たす部分のみを構成するものとしてもよい。   Further, when the present invention is configured as a computer program or a recording medium that records the program, the entire program for controlling the operation of the apparatus may be configured, or only the portion that performs the functions of the present invention. It may be configured.

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき次の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池システム１００の構成：
Ａ２．掃気処理：
Ｂ．第２実施例：
Ｂ１．燃料電池システム１００Ａ：
Ｂ２．掃気処理：
Ｃ．変形例： Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
A1. Configuration of the fuel cell system 100:
A2. Scavenging treatment:
B. Second embodiment:
B1. Fuel cell system 100A:
B2. Scavenging treatment:
C. Variation:

Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池システム１００の構成：
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池システム１００の構成を示すブロック図である。本実施例の燃料電池システム１００は、燃料電池１０と、水素タンク２０と、コンプレッサ３０と、低電圧ファン４０と、循環ポンプ５０と、三方弁７０と、低電圧二次電池６０と、高電圧二次電池８０と、水素遮断弁２００と、制御回路４００と、を備えている。 A. First embodiment:
A1. Configuration of the fuel cell system 100:
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system 100 as a first embodiment of the present invention. The fuel cell system 100 of the present embodiment includes a fuel cell 10, a hydrogen tank 20, a compressor 30, a low voltage fan 40, a circulation pump 50, a three-way valve 70, a low voltage secondary battery 60, and a high voltage. A secondary battery 80, a hydrogen cutoff valve 200, and a control circuit 400 are provided.

燃料電池１０は、固体高分子型の燃料電池であり、構成単位である単セル（以下単にセルと呼ぶ。）を複数積層したスタック構造を有している。各セルは、電解質膜（図示せず）を挟んでアノード（図示せず）とカソード（図示せず）とを配置した構成となっている。燃料電池１０は、各々のセルのアノード側に水素を含有する燃料ガスを供給し、カソード側に酸素を含有する酸化ガスを供給することで、電気化学反応が進行し、起電力を生じる。燃料電池１０は、生じた電力を燃料電池１０に接続される所定の負荷装置（例えば、モータや蓄電池。）に供給する。なお、燃料電池１０としては、上記した固体高分子型燃料電池の他、水素分離膜型燃料電池や、アルカリ水溶液電解質型や、リン酸電解質型や、あるいは溶融炭酸塩電解質型等、種々のタイプの燃料電池を用いることができる。以下では、燃料電池１０内において、燃料ガスが流れる流路をアノード流路２５と呼び、酸化ガスが流れる流路をカソード流路３５と呼ぶ。   The fuel cell 10 is a polymer electrolyte fuel cell and has a stack structure in which a plurality of unit cells (hereinafter simply referred to as cells) are stacked. Each cell has a configuration in which an anode (not shown) and a cathode (not shown) are arranged with an electrolyte membrane (not shown) interposed therebetween. The fuel cell 10 supplies a fuel gas containing hydrogen to the anode side of each cell, and supplies an oxidizing gas containing oxygen to the cathode side, whereby an electrochemical reaction proceeds to generate an electromotive force. The fuel cell 10 supplies the generated electric power to a predetermined load device (for example, a motor or a storage battery) connected to the fuel cell 10. As the fuel cell 10, various types such as a hydrogen separation membrane fuel cell, an alkaline aqueous electrolyte type, a phosphoric acid electrolyte type, or a molten carbonate electrolyte type, in addition to the above-described solid polymer type fuel cell. The fuel cell can be used. Hereinafter, in the fuel cell 10, a flow path through which the fuel gas flows is referred to as an anode flow path 25, and a flow path through which the oxidizing gas flows is referred to as a cathode flow path 35.

水素タンク２０は、高圧の水素ガスが貯蔵される貯蔵装置であり、燃料ガス供給流路２４を介して燃料電池１０のアノード流路２５に接続されている。燃料ガス供給流路２４上において、水素タンク２０から近い順番に、水素遮断弁２００と、調圧弁（図示せず）とが設けられている。水素遮断弁２００を開弁することにより、燃料電池１０に水素ガスを燃料ガスとして供給する。なお、水素タンク２０に代えて、アルコール、炭化水素、アルデヒドなどを原料とする改質反応によって水素を生成し、アノード側へ供給するものとしてもよい。   The hydrogen tank 20 is a storage device that stores high-pressure hydrogen gas, and is connected to the anode flow path 25 of the fuel cell 10 via the fuel gas supply flow path 24. On the fuel gas supply flow path 24, a hydrogen cutoff valve 200 and a pressure regulating valve (not shown) are provided in the order closer to the hydrogen tank 20. By opening the hydrogen shut-off valve 200, hydrogen gas is supplied to the fuel cell 10 as fuel gas. Instead of the hydrogen tank 20, hydrogen may be generated by a reforming reaction using alcohol, hydrocarbon, aldehyde or the like as a raw material and supplied to the anode side.

燃料電池１０のアノード流路２５は、燃料ガス排出流路２６と接続され、この燃料ガス排出流路２６上には、パージ弁９０が設けられている。燃料電池システム１００の運転中において、パージ弁９０を定期的に開弁することで、アノードで電気化学反応に供された後の燃料ガスは、定期的に、燃料ガス排出流路２６、パージ弁９０を介し外部へ排出（パージ）される。   The anode flow path 25 of the fuel cell 10 is connected to the fuel gas discharge flow path 26, and a purge valve 90 is provided on the fuel gas discharge flow path 26. During operation of the fuel cell system 100, the purge valve 90 is periodically opened, so that the fuel gas after being subjected to the electrochemical reaction at the anode is periodically replaced with the fuel gas discharge channel 26, the purge valve. It is discharged (purged) to the outside through 90.

燃料ガス排出流路２６において、パージ弁９０よりも燃料ガスを排出する流れ方向に対して上流側の位置から、燃料ガス供給流路２４へ接続されるガス循環流路２７が設けられている。このガス循環流路２７上には、循環ポンプ５０が設けられる。このガス循環流路２７は、循環ポンプ５０によって勢いをつけて送りだされた燃料ガスを、燃料ガス供給流路２４に導く。このようにガス循環流路２７は、燃料ガスを循環する役割を担っている。このようにして、燃料ガスに含まれる水素ガスは、循環して、燃料ガスとして再び発電に使用される。   In the fuel gas discharge channel 26, a gas circulation channel 27 connected to the fuel gas supply channel 24 is provided from a position upstream with respect to the flow direction in which the fuel gas is discharged from the purge valve 90. A circulation pump 50 is provided on the gas circulation channel 27. The gas circulation channel 27 guides the fuel gas sent out by the circulation pump 50 to the fuel gas supply channel 24. As described above, the gas circulation channel 27 plays a role of circulating the fuel gas. In this way, the hydrogen gas contained in the fuel gas circulates and is used again for power generation as the fuel gas.

低電圧二次電池６０は、最大出力電圧が比較的小さな蓄電池（例えば、最大出力電圧１２Ｖ。）である。一方、高電圧二次電池８０は、燃料電池１０で発電された電気が蓄電され、低電圧二次電池６０よりも最大出力電圧が大きい蓄電池（例えば、最大出力電圧２００Ｖ。）である。なお、これら低電圧二次電池６０と高電圧二次電池８０において、少なくとも低電圧二次電池６０の最大出力電圧は、高電圧二次電池８０の最大出力電圧より低ければよく、これらの二次電池の最大出力電圧は、燃料電池システム１００の具体的な設計により決定される。   The low voltage secondary battery 60 is a storage battery having a relatively small maximum output voltage (for example, a maximum output voltage of 12 V). On the other hand, the high-voltage secondary battery 80 is a storage battery (for example, a maximum output voltage of 200 V) in which electricity generated by the fuel cell 10 is stored and the maximum output voltage is higher than that of the low-voltage secondary battery 60. In the low voltage secondary battery 60 and the high voltage secondary battery 80, at least the maximum output voltage of the low voltage secondary battery 60 only needs to be lower than the maximum output voltage of the high voltage secondary battery 80. The maximum output voltage of the battery is determined by the specific design of the fuel cell system 100.

コンプレッサ３０は、酸化ガス供給流路３４を介して燃料電池１０のカソード流路３５に接続され、空気を圧縮し酸化ガスとして、カソードに供給する。また、酸化ガス供給流路３４上には、分岐流路４５と接続される三方弁７０が設けられている。この三方弁７０は、後述の制御回路４００（弁制御部４１０）に制御され、流体をＱ方向とＲ方向（図１参照）に流すように切り替え制御が可能となっている。また、分岐流路４５において、三方弁７０と接続されていない側の端部は、大気開放されている。なお、以下では、酸化ガス供給流路３４において、コンプレッサ３０と三方弁７０との間の流路を酸化ガス供給流路３４Ａとし、三方弁７０と燃料電池１０（カソード流路３５）との間の流路を酸化ガス供給流路３４Ｂとする。   The compressor 30 is connected to the cathode flow path 35 of the fuel cell 10 via the oxidizing gas supply flow path 34, compresses air, and supplies it as an oxidizing gas to the cathode. In addition, a three-way valve 70 connected to the branch channel 45 is provided on the oxidizing gas supply channel 34. The three-way valve 70 is controlled by a control circuit 400 (valve control unit 410), which will be described later, and can be switched to flow the fluid in the Q direction and the R direction (see FIG. 1). Further, in the branch flow path 45, the end portion on the side not connected to the three-way valve 70 is open to the atmosphere. Hereinafter, in the oxidizing gas supply flow path 34, the flow path between the compressor 30 and the three-way valve 70 is referred to as an oxidizing gas supply flow path 34A, and between the three-way valve 70 and the fuel cell 10 (cathode flow path 35). This flow path is referred to as an oxidizing gas supply flow path 34B.

具体的には、三方弁７０がＱ方向に流体を流すように開弁制御されていると、コンプレッサ３０で圧縮された空気は、酸化ガス供給流路３４Ａ、酸化ガス供給流路３４Ｂを介して燃料電池１０のカソード流路３５（カソード）に供給される。一方、三方弁７０がＲ方向に流体を流すように開弁制御されていると、酸化ガス供給流路３４Ｂと分岐流路４５との間に流体が流れることが可能な状態となると共に、酸化ガス供給流路３４Ａと酸化ガス供給流路３４Ｂとの間は、遮断された状態となる。   Specifically, when the three-way valve 70 is controlled to open so that a fluid flows in the Q direction, the air compressed by the compressor 30 passes through the oxidizing gas supply channel 34A and the oxidizing gas supply channel 34B. It is supplied to the cathode flow path 35 (cathode) of the fuel cell 10. On the other hand, when the three-way valve 70 is controlled to open so that the fluid flows in the R direction, the fluid can flow between the oxidizing gas supply channel 34B and the branch channel 45, and the oxidation is performed. The gas supply channel 34A and the oxidizing gas supply channel 34B are blocked.

ところで、このコンプレッサ３０の稼働には、少なくとも最低回転数に基づく最低電力が必要であり、それに伴い比較的大きな電圧（以下では、コンプレッサ最低電圧とも呼ぶ。）が必要となる。従って、コンプレッサ３０は、高電圧二次電池８０から電力の供給を受けて稼働する。   By the way, the operation of the compressor 30 requires at least a minimum power based on the minimum rotation speed, and accordingly, a relatively large voltage (hereinafter also referred to as a compressor minimum voltage) is required. Therefore, the compressor 30 operates by receiving power supply from the high voltage secondary battery 80.

また、分岐流路４５上には、低電圧ファン４０が設けられている。この低電圧ファン４０は、分岐流路４５において、三方弁７０側の流体を吸引し、分岐流路４５の外部に吐出することが可能であり、コンプレッサ最低電圧よりも低電圧で稼働可能なファンである。従って、この低電圧ファン４０は、低電圧二次電池６０から電力の供給を受けて稼働する。なお、この低電圧ファン４０は、コンプレッサ最低電圧よりも低電圧で稼働可能なファンであればよく、例えば、１２Ｖ（または、１２Ｖ以下。）で稼働するファンを用いてもよい。このようにすれば、例えば、燃料電池システム１００が自動車に搭載された場合、自動車のバッテリ（１２Ｖ）から電力（電圧）の供給を受けることが可能であり、汎用性を向上させることができる。   A low voltage fan 40 is provided on the branch flow path 45. The low-voltage fan 40 can suck the fluid on the three-way valve 70 side in the branch flow channel 45 and discharge the fluid to the outside of the branch flow channel 45, and can operate at a voltage lower than the compressor minimum voltage. It is. Therefore, the low voltage fan 40 operates by receiving power from the low voltage secondary battery 60. The low voltage fan 40 may be a fan that can operate at a voltage lower than the lowest compressor voltage. For example, a fan that operates at 12 V (or 12 V or less) may be used. In this way, for example, when the fuel cell system 100 is mounted on an automobile, power (voltage) can be supplied from the automobile battery (12V), and versatility can be improved.

燃料電池１０のカソード流路３５は、酸化ガス排出流路３６と接続されており、カソードで電気化学反応に供された後の酸化ガスは、酸化ガス排出流路３６を介して燃料電池システム１００の外部に排出される。   The cathode channel 35 of the fuel cell 10 is connected to an oxidizing gas discharge channel 36, and the oxidizing gas after being subjected to an electrochemical reaction at the cathode passes through the oxidizing gas discharge channel 36 to the fuel cell system 100. Is discharged outside.

なお、以下では、カソード流路３５と、酸化ガス供給流路３４（３４Ｂ）と、酸化ガス排出流路３６とを総称して、カソード側流路とも呼ぶ。   Hereinafter, the cathode channel 35, the oxidizing gas supply channel 34 (34B), and the oxidizing gas discharge channel 36 are collectively referred to as a cathode side channel.

制御回路４００は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行するＣＰＵ（図示せず）と、ＣＰＵで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭ（図示せず）と、同じくＣＰＵで各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭ（図示せず）と、各種信号を入出力する入出力ポート（図示せず）等を備え、コンプレッサ３０、低電圧ファン４０、循環ポンプ５０、三方弁７０、パージ弁９０、水素遮断弁２００などを制御し、すなわち、燃料電池システム１００全体の制御を行う。   The control circuit 400 is configured as a logic circuit centered on a microcomputer, and more specifically, a CPU (not shown) that executes predetermined calculations according to a preset control program and various arithmetic processes performed by the CPU. A ROM (not shown) in which control programs and control data necessary for the above are stored in advance, and a RAM (not shown) in which various data necessary for performing various arithmetic processes in the CPU are temporarily read and written. And an input / output port (not shown) for inputting / outputting various signals, etc., and controlling the compressor 30, the low voltage fan 40, the circulation pump 50, the three-way valve 70, the purge valve 90, the hydrogen cutoff valve 200, etc. Then, the entire fuel cell system 100 is controlled.

また、制御回路４００は、弁制御部４１０と、ファン制御部４３０としても機能し、後述する掃気処理を実行する。   The control circuit 400 also functions as a valve control unit 410 and a fan control unit 430, and executes a scavenging process to be described later.

燃料電池システム１００では、運転中にカソードで電気化学反応により水が生成され、その生成水がカソード側流路内に残留する場合がある。そこで、本実施例の燃料電池システム１００は、燃料電池１０の運転停止後、カソード側流路内に残留する残留水を外部に排出するための掃気処理を行う。   In the fuel cell system 100, water may be generated by an electrochemical reaction at the cathode during operation, and the generated water may remain in the cathode side flow path. Therefore, the fuel cell system 100 of the present embodiment performs a scavenging process for discharging the residual water remaining in the cathode-side flow channel to the outside after the operation of the fuel cell 10 is stopped.

Ａ２．掃気処理：
図２は、本実施例の燃料電池システム１００が行う掃気処理のフローチャートである。まず、この掃気処理の前提条件について説明する。掃気処理開始前には、低電圧ファン４０は、稼働しておらず、また、三方弁７０は、Ｑ方向に流体を流すように開弁されている。 A2. Scavenging treatment:
FIG. 2 is a flowchart of the scavenging process performed by the fuel cell system 100 of the present embodiment. First, the preconditions for this scavenging process will be described. Prior to the start of the scavenging process, the low voltage fan 40 is not in operation, and the three-way valve 70 is opened so as to allow fluid to flow in the Q direction.

弁制御部４１０は、掃気処理が開始されると、三方弁７０をＲ方向に流体を流すように切り替え制御し（ステップＳ１０）、ファン制御部４３０は、低電圧ファン４０を稼働させる（ステップＳ２０）。このようにすれば、カソード側流路（すなわち、酸化ガス排出流路３６と、カソード流路３５と、酸化ガス供給流路３４Ｂ）内に存在するガス（カソードガス）が、低電圧ファン４０に吸引され、分岐流路４５を介して燃料電池システム１００の外部に吐出される。これに伴い、カソード側流路内の残留水も燃料電池システム１００の外部に徐々に吐出されることになる。また、この場合、酸化ガス供給流路３４Ａと酸化ガス供給流路３４Ｂとの間は、遮断されているので、コンプレッサ３０、酸化ガス供給流路３４を介して、カソード側流路に空気が、流入することを抑制することができ、掃気効率を向上させることができる。   When the scavenging process is started, the valve control unit 410 switches and controls the three-way valve 70 so that fluid flows in the R direction (step S10), and the fan control unit 430 operates the low-voltage fan 40 (step S20). ). In this way, the gas (cathode gas) present in the cathode side flow path (that is, the oxidizing gas discharge flow path 36, the cathode flow path 35, and the oxidizing gas supply flow path 34B) is transferred to the low voltage fan 40. The air is sucked and discharged to the outside of the fuel cell system 100 through the branch channel 45. Along with this, the residual water in the cathode side channel is also gradually discharged to the outside of the fuel cell system 100. Further, in this case, since the oxidizing gas supply channel 34A and the oxidizing gas supply channel 34B are blocked, air flows into the cathode side channel via the compressor 30 and the oxidizing gas supply channel 34. Inflow can be suppressed and scavenging efficiency can be improved.

そして、制御回路４００は、上述のステップＳ２０の処理後、予め定められるタイムアウト時間Ｔ１が経過したか否かを判断することにより、タイムアウトしたか否かを判断する（ステップＳ３０）。制御回路４００は、タイムアウトしていない場合には（ステップＳ３０：Ｎｏ）、そのまま待機する。なお、タイムアウト時間Ｔ１は、燃料電池システム１００の具体的な設計に基づき適宜決定される。   Then, after the process of step S20 described above, the control circuit 400 determines whether or not a predetermined timeout time T1 has elapsed, thereby determining whether or not a timeout has occurred (step S30). If the timeout has not occurred (step S30: No), the control circuit 400 waits as it is. The timeout time T1 is appropriately determined based on the specific design of the fuel cell system 100.

一方、タイムアウトした場合には（ステップＳ３０：Ｙｅｓ）、弁制御部４１０は、三方弁７０をＱ方向に流体を流すように切り替え制御し（ステップＳ４０）、ファン制御部４３０は、低電圧ファン４０の稼働を停止させ（ステップＳ５０）、この掃気処理を終了する。   On the other hand, when a time-out occurs (step S30: Yes), the valve control unit 410 switches and controls the three-way valve 70 so that fluid flows in the Q direction (step S40), and the fan control unit 430 controls the low-voltage fan 40. Is stopped (step S50), and the scavenging process is terminated.

以上のように、本実施例の燃料電池システム１００では、掃気処理（図２）において、低電圧ファン４０を用いてカソード側流路の残留水の排出（掃気）を行うようにしている。このようにすれば、コンプレッサ３０を用いずにカソード側流路の残留水の排出（掃気）を行うことができ、すなわち、掃気処理時において、高電圧二次電池８０の稼働を停止することが可能となる。   As described above, in the fuel cell system 100 of the present embodiment, in the scavenging process (FIG. 2), the residual water is discharged (scavenged) from the cathode side flow path using the low voltage fan 40. In this way, it is possible to discharge (scavenge) residual water in the cathode-side channel without using the compressor 30. That is, during the scavenging process, the operation of the high-voltage secondary battery 80 can be stopped. It becomes possible.

また、本実施例の燃料電池システム１００では、酸化ガス供給流路３４と接続される分岐流路４５上に低電圧ファン４０を設けている。そして、掃気処理において、三方弁７０をＱ方向に流体を流さず、Ｒ方向のみに流体を流すように制御して、カソード側流路内の残留水を低電圧ファン４０を用いて吸引することにより、酸化ガス供給流路３４から分岐流路４５を介して燃料電池システム１００の外部に排出するようにしている。このようにすれば、低電圧ファン４０は、カソード側流路内の残留水を吸引する際に、コンプレッサ３０を介して外気を吸引することがなく、それに伴いコンプレッサ３０から圧力損失を受けることがないので、低電圧ファン４０に掛かる負荷を軽減することができる。その結果、低電圧ファン４０に過度の発熱が生じそれにより耐久性が低下したり、または、消費電力が多くなったりするなどの不具合を抑制することが可能となる。   In the fuel cell system 100 of the present embodiment, the low voltage fan 40 is provided on the branch channel 45 connected to the oxidizing gas supply channel 34. In the scavenging process, the three-way valve 70 is controlled not to flow the fluid in the Q direction but to flow the fluid only in the R direction, and the residual water in the cathode side flow path is sucked using the low voltage fan 40. Thus, the oxidizing gas supply channel 34 is discharged to the outside of the fuel cell system 100 via the branch channel 45. In this way, the low-voltage fan 40 does not suck outside air through the compressor 30 and sucks pressure loss from the compressor 30 when sucking the residual water in the cathode side flow path. Therefore, the load on the low voltage fan 40 can be reduced. As a result, it is possible to suppress problems such as excessive heat generation in the low-voltage fan 40, thereby reducing durability or increasing power consumption.

なお、コンプレッサ３０は、請求項における酸化ガス供給部に該当し、低電圧ファン４０は、請求項における低電圧ファンに該当し、ファン制御部４３０は、請求項におけるファン制御部に該当し、三方弁７０は、請求項における遮断部または上流側遮断弁に該当する。弁制御部４１０は、請求項における上流側遮断弁制御部に該当する。   The compressor 30 corresponds to the oxidizing gas supply unit in the claims, the low voltage fan 40 corresponds to the low voltage fan in the claims, and the fan control unit 430 corresponds to the fan control unit in the claims. The valve 70 corresponds to a cutoff part or an upstream side cutoff valve in the claims. The valve control unit 410 corresponds to the upstream side cutoff valve control unit in the claims.

Ｂ．第２実施例：
図３は、第２実施例における燃料電池システム１００Ａの構成を示すブロック図である。本実施例の燃料電池システム１００Ａは、第１実施例の燃料電池システム１００と類似する構成を有し、共通する部分には同じ参照番号を付して詳しい説明は省略する。また、本実施例の燃料電池システム１００Ａは、第１実施例の燃料電池システム１００とは異なる掃気処理を実行する。 B. Second embodiment:
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell system 100A in the second embodiment. The fuel cell system 100A of the present embodiment has a configuration similar to that of the fuel cell system 100 of the first embodiment, common portions are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Further, the fuel cell system 100A of the present embodiment executes a scavenging process different from that of the fuel cell system 100 of the first embodiment.

Ｂ１．燃料電池システム１００Ａ：
本実施例の燃料電池システム１００Ａは、第１実施例の燃料電池システム１００で備えられる三方弁７０を備えておらず、一方で、分岐流路４５上において、遮断弁７５が設けられる。 B1. Fuel cell system 100A:
The fuel cell system 100 </ b> A of the present embodiment does not include the three-way valve 70 provided in the fuel cell system 100 of the first embodiment, but on the other hand, a cutoff valve 75 is provided on the branch flow path 45.

また、本実施例の燃料電池システム１００Ａでは、酸化ガス供給流路３４側（分岐流路４５上）に低電圧ファン４０を設けず、酸化ガス排出流路３６側に低電圧ファン４０を設けている。具体的には、酸化ガス排出流路３６に三方弁７０Ａが設けられ、さらに、この三方弁７０Ａに分岐流路４６が接続されている。そして、この分岐流路４６上に低電圧ファン４０が設けられている。分岐流路４６において、三方弁７０Ａとの接続部と反対側の端部が大気開放されている。低電圧ファン４０は、ファン制御部４３０に制御されることにより稼働すると、カソード側流路内の流体を吸引し、分岐流路４６を介して外部に排出する。   Further, in the fuel cell system 100A of the present embodiment, the low voltage fan 40 is not provided on the oxidizing gas supply channel 34 side (on the branch channel 45), and the low voltage fan 40 is provided on the oxidizing gas discharge channel 36 side. Yes. Specifically, a three-way valve 70A is provided in the oxidizing gas discharge flow path 36, and a branch flow path 46 is connected to the three-way valve 70A. A low voltage fan 40 is provided on the branch channel 46. In the branch flow path 46, the end on the opposite side to the connection with the three-way valve 70A is open to the atmosphere. When the low voltage fan 40 is operated by being controlled by the fan control unit 430, the low voltage fan 40 sucks the fluid in the cathode side flow path and discharges it to the outside through the branch flow path 46.

三方弁７０Ａおよび遮断弁７５は、弁制御部４１０に制御され、流体をＳ方向とＴ方向（図３参照）に流すように切り替え制御が可能となっている。なお、以下では、酸化ガス排出流路３６において、燃料電池１０と三方弁７０との間の流路を酸化ガス排出流路３６Ａとし、その他の流路を酸化ガス排出流路３６Ｂとする。   The three-way valve 70 </ b> A and the shutoff valve 75 are controlled by the valve control unit 410 and can be switched to flow the fluid in the S direction and the T direction (see FIG. 3). Hereinafter, in the oxidizing gas discharge flow path 36, the flow path between the fuel cell 10 and the three-way valve 70 is referred to as an oxidizing gas discharge flow path 36A, and the other flow paths are referred to as an oxidizing gas discharge flow path 36B.

具体的には、三方弁７０がＳ方向に流体を流すように開弁制御されていると、燃料電池１０から排出される酸化ガスは、酸化ガス排出流路３６Ａおよび酸化ガス排出流路３６Ｂを介して燃料電池システム１００の外部に排出される。一方、三方弁７０ＡがＴ方向に流体を流すように開弁制御されていると、酸化ガス排出流路３６Ａと分岐流路４６との間に流体が流れることが可能な状態となると共に、酸化ガス排出流路３６Ａと酸化ガス排出流路３６Ｂとの間は、遮断された状態となる。   Specifically, when the three-way valve 70 is controlled to open so that a fluid flows in the S direction, the oxidizing gas discharged from the fuel cell 10 passes through the oxidizing gas discharge channel 36A and the oxidizing gas discharge channel 36B. And discharged to the outside of the fuel cell system 100. On the other hand, when the three-way valve 70A is controlled to open so that the fluid flows in the T direction, the fluid can flow between the oxidizing gas discharge channel 36A and the branch channel 46, and the oxidation is performed. The gas discharge channel 36A and the oxidizing gas discharge channel 36B are blocked.

Ｂ２．掃気処理：
図４は、本実施例の燃料電池システム１００Ａが行う掃気処理のフローチャートである。まず、この掃気処理の前提条件について説明する。掃気処理開始前には、低電圧ファン４０は、稼働しておらず、また、三方弁７０は、Ｓ方向に流体を流すように開弁されており、遮断弁７５は、閉弁されている。 B2. Scavenging treatment:
FIG. 4 is a flowchart of the scavenging process performed by the fuel cell system 100A of the present embodiment. First, the preconditions for this scavenging process will be described. Prior to the start of the scavenging process, the low-voltage fan 40 is not operating, the three-way valve 70 is opened so as to allow fluid to flow in the S direction, and the shutoff valve 75 is closed. .

弁制御部４１０は、掃気処理が開始されると、三方弁７０ＡをＴ方向に流体が流れるように切り替え制御すると共に、遮断弁７５を開弁制御し（ステップＳ１１０）、ファン制御部４３０は、低電圧ファン４０を稼働させる（ステップＳ１２０）。このようにすれば、カソード側流路（すなわち、酸化ガス排出流路３６Ａと、カソード流路３５と、酸化ガス供給流路３４）内に存在するガス（カソードガス）が、低電圧ファン４０に吸引され、分岐流路４６を介して燃料電池システム１００の外部に吐出される。これに伴い、カソード側流路内の残留水も燃料電池システム１００の外部に徐々に吐出されることになる。   When the scavenging process is started, the valve control unit 410 switches and controls the three-way valve 70A so that the fluid flows in the T direction, and controls the opening of the shut-off valve 75 (step S110). The fan control unit 430 The low voltage fan 40 is operated (step S120). In this way, the gas (cathode gas) present in the cathode side flow path (that is, the oxidizing gas discharge flow path 36A, the cathode flow path 35, and the oxidizing gas supply flow path 34) is supplied to the low voltage fan 40. The air is sucked and discharged to the outside of the fuel cell system 100 through the branch channel 46. Along with this, the residual water in the cathode side channel is also gradually discharged to the outside of the fuel cell system 100.

そして、制御回路４００は、上述のステップＳ１２０の処理後、予め定められるタイムアウト時間Ｔ２が経過したか否かを判断することにより、タイムアウトしたか否かを判断する（ステップＳ１３０）。制御回路４００は、タイムアウトしていない場合には（ステップＳ１３０：Ｎｏ）、そのまま待機する。なお、タイムアウト時間Ｔ２は、燃料電池システム１００Ａの具体的な設計に基づき適宜決定される。   Then, the control circuit 400 determines whether or not a timeout has occurred by determining whether or not a predetermined timeout time T2 has elapsed after the process of step S120 described above (step S130). If the timeout has not occurred (step S130: No), the control circuit 400 waits as it is. The timeout time T2 is appropriately determined based on the specific design of the fuel cell system 100A.

一方、タイムアウトした場合には（ステップＳ１３０：Ｙｅｓ）、弁制御部４１０は、三方弁７０をＳ方向に流体を流すように切り替え制御すると共に、遮断弁７５を閉弁制御し（ステップＳ１４０）、ファン制御部４３０は、低電圧ファン４０の稼働を停止させ（ステップＳ１５０）、この掃気処理を終了する。   On the other hand, when a time-out occurs (step S130: Yes), the valve control unit 410 controls to switch the three-way valve 70 so that fluid flows in the S direction, and controls the shutoff valve 75 to close (step S140). The fan control unit 430 stops the operation of the low voltage fan 40 (step S150), and ends this scavenging process.

以上のように、本実施例の燃料電池システム１００Ａでは、掃気処理（図４）において、低電圧ファン４０を用いてカソード側流路の残留水の排出（掃気）を行うようにしている。このようにすれば、コンプレッサ３０を用いずにカソード側流路の残留水の排出（掃気）を行うことができ、すなわち、掃気処理時において、高電圧二次電池８０の稼働を停止することが可能となる。   As described above, in the fuel cell system 100A of this embodiment, in the scavenging process (FIG. 4), the low-voltage fan 40 is used to discharge residual water (scavenging) in the cathode side flow path. In this way, it is possible to discharge (scavenge) residual water in the cathode-side channel without using the compressor 30. That is, during the scavenging process, the operation of the high-voltage secondary battery 80 can be stopped. It becomes possible.

また、本実施例の燃料電池システム１００Ａでは、酸化ガス排出流路３６と接続される分岐流路４６上に低電圧ファン４０を設けている。そして、掃気処理（図４）において、三方弁７０ＡをＳ方向に流体を流さず、Ｔ方向のみに流体を流すように開弁制御すると共に、遮断弁７５を開弁制御した状態で、カソード側流路内の残留水を低電圧ファン４０を用いて吸引することにより、酸化ガス排出流路３６から分岐流路４６を介して燃料電池システム１００の外部に排出するようにしている。このようにすれば、低電圧ファン４０は、カソード側流路内の残留水を吸引する際に、主に、分岐流路４５を介して外気を吸引するので、コンプレッサ３０を介して外気を吸引することを抑制することができる。そのため、低電圧ファン４０は、コンプレッサ３０から圧力損失を受けることを抑制されるので、低電圧ファン４０に掛かる負荷を軽減することができる。その結果、低電圧ファン４０に過度の発熱が生じそれにより耐久性が低下したり、または、消費電力が多くなったりするなどの不具合を抑制することが可能となる。   Further, in the fuel cell system 100A of this embodiment, the low voltage fan 40 is provided on the branch channel 46 connected to the oxidizing gas discharge channel 36. In the scavenging process (FIG. 4), the three-way valve 70A is controlled to open so that the fluid does not flow in the S direction, but flows only in the T direction, and the shutoff valve 75 is controlled to open. Residual water in the flow path is sucked using the low-voltage fan 40 to be discharged from the oxidizing gas discharge flow path 36 to the outside of the fuel cell system 100 via the branch flow path 46. In this way, when the low-voltage fan 40 sucks the residual water in the cathode-side channel, the low-voltage fan 40 mainly sucks the outside air through the branch channel 45, and therefore sucks the outside air through the compressor 30. Can be suppressed. Therefore, since the low voltage fan 40 is suppressed from receiving pressure loss from the compressor 30, the load applied to the low voltage fan 40 can be reduced. As a result, it is possible to suppress problems such as excessive heat generation in the low-voltage fan 40, thereby reducing durability or increasing power consumption.

なお、分岐流路４５は、請求項における第１の分岐流路に該当し、分岐流路４６は、請求項における第２の分岐流路に該当する。遮断弁７５は、請求項における分岐流路遮断弁に該当し、三方弁７０Ａは、請求項における排出流路遮断弁に該当し、弁制御部４１０は、請求項における遮断弁制御部に該当する。   The branch channel 45 corresponds to the first branch channel in the claims, and the branch channel 46 corresponds to the second branch channel in the claims. The shutoff valve 75 corresponds to the branch flow passage shutoff valve in the claims, the three-way valve 70A corresponds to the discharge flow passage shutoff valve in the claims, and the valve control unit 410 corresponds to the shutoff valve control unit in the claims. .

Ｃ．変形例：
なお、本発明では、上記した実施の形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。 C. Variation:
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the invention.

Ｃ１．変形例１：
図５は、変形例１における燃料電池システム１００Ｂの構成を示すブロック図である。本変形例の燃料電池システム１００Ｂは、第１実施例の燃料電池システム１００と類似する構成を有し、共通する部分には同じ参照番号を付して詳しい説明は省略する。本変形例の燃料電池システム１００Ｂが備えるコンプレッサ３０Ｂは、第１実施例の燃料電池システム１００が備えるコンプレッサ３０よりも、稼働停止時において圧力損失が高いものが用いられる。また、本変形例の燃料電池システム１００Ｂは、第１実施例の燃料電池システム１００で備えられる三方弁７０を備えておらず、一方で、分岐流路４５上において、酸化ガス供給流路３４との接続部と低電圧ファン４０との間に遮断弁７０Ｂが設けられる。この遮断弁７０Ｂは、掃気処理以外の処理（例えば、発電時など。）には、閉弁されており、酸化ガス供給流路３４を流れるガスが分岐流路４５を介して外部に漏れないようになっている。そして、この遮断弁７０Ｂは、掃気処理が開始されると、開弁される。 C1. Modification 1:
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell system 100B in the first modification. The fuel cell system 100B of this modification has a configuration similar to that of the fuel cell system 100 of the first embodiment, and common portions are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted. As the compressor 30B provided in the fuel cell system 100B of the present modification, a compressor having a higher pressure loss when the operation is stopped is used than the compressor 30 provided in the fuel cell system 100 of the first embodiment. Further, the fuel cell system 100B of the present modification does not include the three-way valve 70 provided in the fuel cell system 100 of the first embodiment, but on the other hand, on the branch channel 45, the oxidizing gas supply channel 34 and A shutoff valve 70 </ b> B is provided between the connection portion and the low voltage fan 40. The shutoff valve 70B is closed for processing other than the scavenging process (for example, during power generation), so that the gas flowing through the oxidizing gas supply channel 34 does not leak to the outside via the branch channel 45. It has become. The shutoff valve 70B is opened when the scavenging process is started.

以上のように本変形例１の燃料電池システム１００Ｂを構成すれば、掃気処理時において、低電圧ファン４０を稼働させた場合に、第１実施例の燃料電池システム１００のように、三方弁７０で酸化ガス供給流路３４Ａと酸化ガス供給流路３４Ｂとの間を遮断せずとも、稼働停止時において圧力損失が高いコンプレッサ３０Ｂによって、酸化ガス供給流路３４にコンプレッサ３０Ｂから大気が流入することを抑制することができ、これに伴い、カソード側流路内の残留水を燃料電池システム１００の外部に排出することが可能である。その結果、三方弁７０を用いなくてもいいので、部品点数を削減することが可能である。   If the fuel cell system 100B of the first modification is configured as described above, when the low voltage fan 40 is operated during the scavenging process, the three-way valve 70 as in the fuel cell system 100 of the first embodiment. Thus, the air flows from the compressor 30B into the oxidizing gas supply channel 34 by the compressor 30B having a high pressure loss when the operation is stopped without shutting off the oxidizing gas supply channel 34A and the oxidizing gas supply channel 34B. As a result, residual water in the cathode-side channel can be discharged to the outside of the fuel cell system 100. As a result, since the three-way valve 70 does not have to be used, the number of parts can be reduced.

Ｃ２．変形例２：
上記実施例の燃料電池システムにおいて、低電圧ファン４０を稼働させた場合に、カソード側流路内の流体を吸引し、分岐流路を介して燃料電池システムの外部（大気）に吐出するようにしているが、本発明は、これに限られるものではない。上記実施例の燃料電池システムにおいて、低電圧ファン４０を稼働させた場合に、燃料電池システムの外部から空気を吸引し、分岐流路を介して、カソード側流路内に流体を吐出することで、カソード側流路内の残留水を燃料電池システムの外部（大気）に押し出すようにしてもよい。このようにしても、上記実施例の効果を奏することが可能である。 C2. Modification 2:
In the fuel cell system of the above embodiment, when the low voltage fan 40 is operated, the fluid in the cathode side flow path is sucked and discharged to the outside (atmosphere) of the fuel cell system through the branch flow path. However, the present invention is not limited to this. In the fuel cell system of the above embodiment, when the low-voltage fan 40 is operated, air is sucked from the outside of the fuel cell system, and the fluid is discharged into the cathode side channel through the branch channel. The residual water in the cathode side channel may be pushed out of the fuel cell system (atmosphere). Even if it does in this way, it is possible to show the effect of the above-mentioned embodiment.

Ｃ３．変形例３：
上記実施例の燃料電池システムが行う掃気処理において、制御回路４００が、タイムアウト時間に基づいて、低電圧ファン４０の稼働時間を決定するようにしているが、本発明は、これに限られるものではなく、低電圧ファン４０が、簡易なタイマを備えており、低電圧ファン４０は、そのタイマに基づいて、稼働時間を決定するようにしてもよい。このようにしても、上記実施例の効果を奏することができる。 C3. Modification 3:
In the scavenging process performed by the fuel cell system of the above embodiment, the control circuit 400 determines the operating time of the low-voltage fan 40 based on the timeout time. However, the present invention is not limited to this. Alternatively, the low voltage fan 40 may include a simple timer, and the low voltage fan 40 may determine the operation time based on the timer. Even if it does in this way, there can exist the effect of the said Example.

Ｃ４．変形例４：
上記実施例の燃料電池システムでは、燃料電池１０に酸化ガスを供給する酸化ガス供給部として、コンプレッサ３０を用いているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、酸化ガス供給部として、コンプレッサ３０に代えて、ブロワを用いるようにしてもよい。この場合、ブロワは、高電圧二次電池８０で稼働する。 C4. Modification 4:
In the fuel cell system of the above-described embodiment, the compressor 30 is used as the oxidizing gas supply unit that supplies the oxidizing gas to the fuel cell 10, but the present invention is not limited to this. For example, a blower may be used instead of the compressor 30 as the oxidizing gas supply unit. In this case, the blower operates with the high voltage secondary battery 80.

Ｃ５．変形例５：
上記実施例において、制御回路４００の各部は、ソフトウェア的に構成されているものを、ハードウェア的に構成するようにしてもよいし、ハードウェア的に構成されているものを、ソフトウェア的に構成するようにしてもよい。 C5. Modification 5:
In the above-described embodiment, each part of the control circuit 400 may be configured by hardware instead of software, or may be configured by hardware. You may make it do.

本発明の第１実施例としての燃料電池システム１００の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system 100 as a first embodiment of the present invention. 本実施例の燃料電池システム１００が行う掃気処理のフローチャートである。It is a flowchart of the scavenging process which the fuel cell system 100 of a present Example performs. 第２実施例における燃料電池システム１００Ａの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of 100 A of fuel cell systems in 2nd Example. 本実施例の燃料電池システム１００Ａが行う掃気処理のフローチャートである。It is a flowchart of the scavenging process which the fuel cell system 100A of a present Example performs. 変形例１における燃料電池システム１００Ｂ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 100B in the modification 1. FIG. 従来例の燃料電池システムＭ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 M of a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

１０…燃料電池
２０…水素タンク
２４…燃料ガス供給流路
２５…アノード流路
２６…燃料ガス排出流路
２７…ガス循環流路
３０，３０Ｂ…コンプレッサ
３４…酸化ガス供給流路
３５…カソード流路
３６…酸化ガス排出流路
４０…低電圧ファン
４５…分岐流路
４６…分岐流路
５０…循環ポンプ
６０…低電圧二次電池
７０，７０Ａ，７０Ｂ…三方弁
７５…遮断弁
８０…高電圧二次電池
９０…パージ弁
１００，１００Ａ，１００Ｂ…燃料電池システム
２００…水素遮断弁
４００…制御回路
４１０…弁制御部
４３０…ファン制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell 20 ... Hydrogen tank 24 ... Fuel gas supply flow path 25 ... Anode flow path 26 ... Fuel gas discharge flow path 27 ... Gas circulation flow path 30, 30B ... Compressor 34 ... Oxidation gas supply flow path 35 ... Cathode flow path 36 ... Oxidizing gas discharge channel 40 ... Low voltage fan 45 ... Branch channel 46 ... Branch channel 50 ... Circulation pump 60 ... Low voltage secondary battery 70, 70A, 70B ... Three-way valve 75 ... Shut-off valve 80 ... High voltage two Secondary battery 90 ... Purge valve 100, 100A, 100B ... Fuel cell system 200 ... Hydrogen cutoff valve 400 ... Control circuit 410 ... Valve controller 430 ... Fan controller

Claims (7)

燃料電池システムであって、
燃料電池と、
電圧が印加されることにより稼働し、前記燃料電池で電気化学反応に供される酸化ガスを前記燃料電池に供給する酸化ガス供給部と、
前記酸化ガス供給部と前記燃料電池と接続され、前記酸化ガス供給部から供給される酸化ガスを前記燃料電池に導くための酸化ガス供給流路と、
前記燃料電池と接続され、前記燃料電池で前記電気化学反応に供された後の酸化ガスを前記燃料電池から前記燃料電池システムの外部に排出するための酸化ガス排出流路と、
一端が前記酸化ガス供給流路と接続され、他端が前記燃料電池システムの外部に開放される分岐流路と、
前記分岐流路に設けられ、前記酸化ガス供給部を稼動させるために必要な最低電圧よりも低電圧で稼動する低電圧ファンと、
前記燃料電池システムの掃気処理時において、前記低電圧ファンを稼動させるファン制御部と、
前記ファン制御部が前記低電圧ファンを稼動させている場合に、前記酸化ガス供給流路において、前記酸化ガスの供給方向に対して前記分岐流路との接続部分より上流側の位置に配置され、ガスの流れを遮断するための遮断部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system,
A fuel cell;
An oxidant gas supply unit that operates when a voltage is applied and supplies an oxidant gas that is subjected to an electrochemical reaction in the fuel cell to the fuel cell;
An oxidant gas supply channel connected to the oxidant gas supply unit and the fuel cell, and leading the oxidant gas supplied from the oxidant gas supply unit to the fuel cell;
An oxidizing gas discharge flow path for discharging the oxidizing gas after being connected to the fuel cell and subjected to the electrochemical reaction in the fuel cell from the fuel cell to the outside of the fuel cell system;
A branch flow path having one end connected to the oxidizing gas supply flow path and the other end opened to the outside of the fuel cell system;
A low-voltage fan that is provided in the branch flow path and operates at a voltage lower than the minimum voltage required to operate the oxidizing gas supply unit;
A fan control unit that operates the low-voltage fan during the scavenging process of the fuel cell system;
When the fan control unit is operating the low-voltage fan, the oxidizing gas supply flow path is disposed at a position upstream of a connection portion with the branch flow path in the oxidizing gas supply direction. A blocking part for blocking the gas flow;
A fuel cell system comprising: 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記遮断部は、
前記酸化ガス供給流路において、前記分岐流路との前記接続部分より前記上流側の位置に配置される上流側遮断弁と、
前記上流側遮断弁を制御するための上流側遮断弁制御部と、を備え、
前記前記ファン制御部が前記低電圧ファンを稼動させている場合に、前記上流側遮断弁制御部が、前記上流側遮断弁を閉弁させることにより、前記酸化ガス供給流路において、前記分岐流路との前記接続部分より前記上流側のガスの流れを遮断することを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
The blocking part is
In the oxidizing gas supply channel, an upstream side shut-off valve disposed at a position on the upstream side from the connection portion with the branch channel,
An upstream cutoff valve control unit for controlling the upstream cutoff valve;
When the fan control unit is operating the low-voltage fan, the upstream side shut-off valve control unit closes the upstream side shut-off valve, thereby causing the branch flow in the oxidizing gas supply channel. A fuel cell system, wherein the flow of the gas upstream from the connection portion with the passage is cut off. 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記遮断部は、
前記酸化ガス供給部であることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
The blocking part is
A fuel cell system which is the oxidizing gas supply unit. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記ファン制御部は、
前記燃料電池システムの掃気処理時において、前記低電圧ファンに前記酸化ガス供給流路のガスを吸引させるように稼動させることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3,
The fan controller is
In the scavenging process of the fuel cell system, the low voltage fan is operated so as to suck the gas in the oxidizing gas supply flow path. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記分岐流路に設けられる分岐流路遮断弁と、
前記燃料電池の通常発電時において、前記分岐流路遮断弁を閉弁制御する分岐流路遮断弁制御部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4,
A branch channel shutoff valve provided in the branch channel;
A branch flow path shut-off valve control unit for closing the branch flow path shut-off valve during normal power generation of the fuel cell;
A fuel cell system comprising: 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記低電圧ファンは、１２Ｖ以下で稼働することを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5,
The fuel cell system, wherein the low voltage fan operates at 12V or less. 燃料電池システムであって、
燃料電池と、
電圧が印加されることにより稼働し、前記燃料電池で電気化学反応に供される酸化ガスを前記燃料電池に供給する酸化ガス供給部と、
前記酸化ガス供給部と前記燃料電池と接続され、前記酸化ガス供給部から供給される酸化ガスを前記燃料電池に導くための酸化ガス供給流路と、
前記燃料電池と接続され、前記燃料電池で前記電気化学反応に供された後の酸化ガスを前記燃料電池から前記燃料電池システムの外部に排出するための酸化ガス排出流路と、
一端が前記酸化ガス供給流路と接続され、他端が前記燃料電池システムの外部に開放される第１の分岐流路と、
前記第１の分岐流路に設けられる分岐流路遮断弁と、
一端が前記酸化ガス排出流路と接続され、他端が前記燃料電池システムの外部に開放される第２の分岐流路と、
前記酸化ガス排出流路において、前記酸化ガスの排出方向に対して前記第２の分岐流路との接続部分より下流側の位置に配置され、ガスの流れを遮断するための排出流路遮断弁と、
前記第２の分岐流路に設けられ、前記酸化ガス供給部を稼動させるために必要な最低電圧よりも低電圧で稼動する低電圧ファンと、
前記燃料電池システムの掃気処理時において、前記低電圧ファンを稼動させるファン制御部と、
前記ファン制御部が前記低電圧ファンを稼働させている場合に、前記分岐流路遮断弁を開弁させ、前記排出流路遮断弁を閉弁させる遮断弁制御部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system,
A fuel cell;
An oxidant gas supply unit that operates when a voltage is applied and supplies an oxidant gas that is subjected to an electrochemical reaction in the fuel cell to the fuel cell;
An oxidant gas supply channel connected to the oxidant gas supply unit and the fuel cell, and leading the oxidant gas supplied from the oxidant gas supply unit to the fuel cell;
An oxidizing gas discharge flow path for discharging the oxidizing gas after being connected to the fuel cell and subjected to the electrochemical reaction in the fuel cell from the fuel cell to the outside of the fuel cell system;
A first branch flow path having one end connected to the oxidizing gas supply flow path and the other end opened to the outside of the fuel cell system;
A branch flow path shut-off valve provided in the first branch flow path;
A second branch flow path having one end connected to the oxidizing gas discharge flow path and the other end opened to the outside of the fuel cell system;
In the oxidizing gas discharge flow path, a discharge flow path shut-off valve is disposed at a position downstream of the connecting portion with the second branch flow path with respect to the oxidizing gas discharge direction, and shuts off the gas flow. When,
A low voltage fan that is provided in the second branch flow path and operates at a voltage lower than a minimum voltage required to operate the oxidizing gas supply unit;
A fan control unit that operates the low-voltage fan during the scavenging process of the fuel cell system;
A shut-off valve control unit for opening the branch flow passage shut-off valve and closing the discharge flow passage shut-off valve when the fan control unit is operating the low-voltage fan;
A fuel cell system comprising:
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JP2009176472A (en) * 2008-01-22 2009-08-06 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system and its operation method

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