JP2008257891A - Fuel cell system - Google Patents

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Keiichi Hirose
敬一 広瀬
Kenichi Katahira
謙一 片平
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system preventing poisoning by substances contained in the outside air introduced in a fuel cell. <P>SOLUTION: The fuel cell system has a fuel cell stack mounted in a vehicle, and running the vehicle with electric power generated with supplied fuel and oxygen-containing gas, and an air supply line supplying the outside air as the oxygen-containing gas to the fuel cell stack, and the air supply line is equipped with an impurity removing passage removing impurities decreasing the output of the fuel cell stack from the outside air; an untreated passage passing the untreated outside air; a detecting means detecting impurities in the outside air; and an air supply passage changing over means changing over to the impurity removing passage when the impurities in the outside are detected. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システムに関するものであって自動車搭載用の燃料電池システムのように様々な使用環境において、燃料電池の出力特性の劣化を生じない燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell system, and relates to a fuel cell system that does not cause deterioration in output characteristics of the fuel cell in various usage environments such as a fuel cell system mounted on an automobile.

燃料電池は、燃料極と酸素極を電解質膜等を介して配置した単位燃料電池を複極板を介在させて電気的に直列に積層したものの複数個を直列、あるいは直並列に接続して、燃料電池スタックを形成している。
燃料電池スタックの燃料極には燃料供給手段によって水素等の燃料が供給されており、酸素極に供給される外気から取り込んだ空気中の酸素との電池反応によって発電し、燃料電池内において生成した水が外部へ排出されている。 A fuel cell is formed by connecting a plurality of unit fuel cells in which a fuel electrode and an oxygen electrode are arranged in series via an electrolyte membrane, etc., with a bipolar plate interposed therebetween, in series or in series and parallel, A fuel cell stack is formed.
Fuel, such as hydrogen, is supplied to the fuel electrode of the fuel cell stack by a fuel supply means. Electricity is generated by a cell reaction with oxygen in the air taken from the outside air supplied to the oxygen electrode, and is generated in the fuel cell. Water is discharged to the outside.

自動車用燃料電池システムにおいては、固体高分子電解質膜の両面に白金等の触媒からなる電極が配置されている。ところが、燃料として供給される水素、あるいは外気から取り込まれた空気に一酸化炭素が混入していると一酸化炭素が白金に吸着し、電極触媒の作用が著しく低下し、燃料電池の出力が大きく低下するという被毒の問題があった。
燃料極に供給する水素として炭化水素を改質した改質気体を使用する場合には、改質気体中の一酸化炭素を除去する手段を設けることが必要となるが、充分に管理された製造設備において大量に製造される高品質を供給する水素ステーションを利用する場合には、水素側から一酸化炭素をはじめとする燃料電池の特性を著しく損なう物質が混入することはなくなっている。 In an automotive fuel cell system, electrodes made of a catalyst such as platinum are disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane. However, if carbon monoxide is mixed in hydrogen supplied as fuel or air taken in from the outside air, carbon monoxide is adsorbed on platinum, the action of the electrode catalyst is significantly reduced, and the output of the fuel cell is increased. There was a problem of poisoning that would decrease.
When using a reformed gas obtained by reforming hydrocarbons as hydrogen to be supplied to the fuel electrode, it is necessary to provide means for removing carbon monoxide in the reformed gas. In the case of using a hydrogen station that supplies high quality produced in large quantities in the facility, substances that significantly impair the characteristics of the fuel cell such as carbon monoxide are not mixed in from the hydrogen side.

一方、燃料電池システムを搭載した自動車は様々なところで使用され、外気から取り入れた空気中の酸素を酸化性気体として使用しているために、自動車の排気ガスが滞留したトンネル、渋滞箇所等においては空気中に滞留した一酸化炭素が取り込まれたり、あるいは温泉地、火山地帯では、硫化水素、二酸化硫黄等の硫黄含有物質が取り込まれたり、海岸沿い道路では、海水由来の塩化ナトリウム、塩化マグネシウム等の塩化物の微細な粒子が取り込まれることによって触媒の被毒、固体高分子電解質膜の劣化を引き起こし、燃料電池が性能回復しがたい特性の状況に陥るという問題点があった。   On the other hand, automobiles equipped with fuel cell systems are used in various places, and oxygen in the air taken from the outside air is used as the oxidizing gas. Carbon monoxide staying in the air is taken in, sulfur-containing substances such as hydrogen sulfide and sulfur dioxide are taken in hot springs and volcanic areas, and sodium chloride derived from seawater, magnesium chloride, etc. on coastal roads Incorporation of fine chloride particles of the catalyst causes poisoning of the catalyst and deterioration of the solid polymer electrolyte membrane, leading to a problem that the performance of the fuel cell is difficult to recover.

燃料電池の触媒の被毒の防止を行うために、大気中の汚染気体が取り込まれる可能性がある場合には、外気の取り込みを停止して自動車内に設けた空気タンク内に貯蔵した空気を利用する燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この燃料電池システムにおいては、ＰＳＡ等によって空気中の窒素を分離して貯蔵するものであるが、ＰＳＡ等においては空気を高度に圧縮して吸脱着をすることが必要であり、装置が大がかりになるとともに、燃料電池が発生した電気エネルギーを大量に消費することとなる。
したがって、比較的小型の燃料電池システムにおいては、燃料電池の触媒の被毒等を防止するために事前に貯蔵した空気を利用することはできなかった。
特開２００４−５５２６０号公報 In order to prevent poisoning of the fuel cell catalyst, if there is a possibility that atmospheric polluted gas may be taken in, the intake of outside air is stopped and the air stored in the air tank provided in the car is removed. A fuel cell system to be used has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
In this fuel cell system, nitrogen in the air is separated and stored by PSA or the like. However, in PSA or the like, it is necessary to compress and absorb and desorb air to a high degree. In addition, a large amount of electrical energy generated by the fuel cell is consumed.
Therefore, in a relatively small fuel cell system, it is impossible to use air stored in advance in order to prevent poisoning of the catalyst of the fuel cell.
JP 2004-55260 A

本発明は、自動車に搭載した燃料電池システムが、自動車の走行環境の外気から、一酸化炭素、硫黄化合物、あるいは塩化物等を取り込むことによって電極触媒の被毒、固体高分子電解質膜の特性の劣化等が生じることがない燃料電池システムを提供することを課題とするものである。   The present invention provides a fuel cell system mounted on an automobile that takes in carbon monoxide, sulfur compounds, chlorides, etc. from outside air in the running environment of the automobile, thereby poisoning the electrode catalyst and improving the characteristics of the solid polymer electrolyte membrane. It is an object of the present invention to provide a fuel cell system in which deterioration or the like does not occur.

本発明は、車両に搭載され、燃料と酸素含有気体とが供給されて発電した電力により車両を走行させる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに前記酸素含有気体として外気を供給する空気供給系と、を有する燃料電池システムであって、前記空気供給系は、外気から燃料電池スタックの出力を低下させる不純物を除去する不純物除去経路と、前記外気を無処理で通過させる無処理経路と、外気中の不純物を検出する検出手段と、外気中の不純物を検出した場合、前記不純物除去経路に切り換える空気供給路切換手段と、を備えた燃料電池システムである。
前記不純物除去経路は、被毒物質を分解する被毒物質分解手段と、イオン物質もしくは微粒子を除去するイオン物質除去手段とを有し、前記不純物検出手段は、排ガスセンサと、イオン濃度センサとを有し、前記空気供給路切換手段は、被毒物質を検出した場合は、前記被毒物質分離手段に切り換え、高濃度のイオン物質を検出した場合は、イオン物質除去手段に切り換える制御装置を備えている前記の燃料電池システムである。 The present invention includes a fuel cell stack that is mounted on a vehicle and that causes the vehicle to travel using electric power generated by supplying fuel and an oxygen-containing gas, and an air supply system that supplies outside air to the fuel cell stack as the oxygen-containing gas. The air supply system includes: an impurity removal path that removes impurities that reduce the output of the fuel cell stack from outside air; a non-treatment path that allows the outside air to pass through untreated; and This is a fuel cell system comprising a detecting means for detecting the impurities and an air supply path switching means for switching to the impurity removal path when impurities in the outside air are detected.
The impurity removal path includes a poisoning substance decomposing unit that decomposes a poisoning substance and an ionic substance removing unit that removes ionic substances or fine particles, and the impurity detecting unit includes an exhaust gas sensor and an ion concentration sensor. And the air supply path switching means includes a control device that switches to the poisoning substance separating means when a poisoning substance is detected, and switches to the ion substance removing means when a high concentration ionic substance is detected. It is the said fuel cell system.

また、不純物検出手段は、車両位置から不純物の存在を予測する自動車走行環境検出手段を備えた前記の燃料電池システムである。
被毒物質分解手段が一酸化炭素分解触媒を担持した分解手段である前記の燃料電池システムである。
不純物分離手段が静電気による分離手段もしくはＨＥＰＡフィルタの少なくともいずれか一種である前記の燃料電池システムである。
被毒物質の検出手段が一酸化炭素検出センサ、または硫黄化合物検出センサの少なくともいずれか一種である前記の燃料電池システムである。 Further, the impurity detection means is the fuel cell system provided with an automobile running environment detection means for predicting the presence of impurities from the vehicle position.
In the above fuel cell system, the poisoning substance decomposing means is a decomposing means carrying a carbon monoxide decomposition catalyst.
In the fuel cell system, the impurity separation means is at least one of a separation means using static electricity and a HEPA filter.
In the above fuel cell system, the poisoning substance detection means is at least one of a carbon monoxide detection sensor and a sulfur compound detection sensor.

自動車走行環境検出手段が、照度センサ、あるいはカーナビゲーションシステムによる位置情報に基づくトンネル、温泉地、火山地帯、あるいは海岸沿いの少なくともいずれか一種の検出手段である前記の燃料電池システムである。
また、前記空気供給系は前記空気供給部に常圧空気を供給するファンを有し、前記制御装置は、前記自動車走行環境検出手段で車両位置が高地や峠にあることを検出した場合、前記ファンの回転数を増加させる前記の燃料電池システムである。 In the fuel cell system, the vehicle running environment detection means is at least one of detection means along a tunnel, a hot spring area, a volcanic area, or a coast based on position information obtained by an illuminance sensor or a car navigation system.
Further, the air supply system has a fan for supplying atmospheric pressure air to the air supply unit, and the control device detects the vehicle position at a high altitude or a fence by the vehicle traveling environment detection means, In the fuel cell system, the number of rotations of the fan is increased.

請求項１の構成によれば、自動車に搭載した燃料電池システムにおいて、様々な環境下で外気から取り入れられる空気により燃料電池が被毒して出力の低下、あるいは特性の低下等を防止した燃料電池システムを提供することができる。   According to the configuration of the first aspect, in the fuel cell system mounted on the automobile, the fuel cell is poisoned by air taken in from outside air under various environments to prevent a decrease in output or a decrease in characteristics. A system can be provided.

また、請求項２の構成によれば、被毒物質を分解、あるいは分離する不純物除去経路も備えているので、様々な環境に対応することが可能な燃料電池システムを提供することができる。
請求項３記載の構成によれば、位置情報の利用によって確実に被毒を防止する燃料電池システムを提供することができる。 In addition, according to the configuration of the second aspect, since the impurity removal path for decomposing or separating the poisonous substance is also provided, it is possible to provide a fuel cell system that can cope with various environments.
According to the configuration of the third aspect, it is possible to provide a fuel cell system that reliably prevents poisoning by using position information.

また、請求項４の構成によれば、一酸化炭素の効率的な除去が可能な燃料電池システムを提供することができる。
請求項５記載の構成によれば、粒子状の物質による被毒を防止した燃料電池システムを提供することができる。 Moreover, according to the structure of Claim 4, the fuel cell system which can remove carbon monoxide efficiently can be provided.
According to the structure of Claim 5, the fuel cell system which prevented the poisoning by a particulate matter can be provided.

請求項６記載の構成によれば、被毒物質の検出を確実に行えるので、被毒を防止した燃料電池システムを提供することができる。
請求項７記載の構成によれば、位置情報の利用によって確実に被毒を防止する燃料電池システムを提供することができる。
請求項８記載の構成によれば、常圧空気を使用した特性が優れたな燃料電池システムを提供することができる。 According to the configuration of the sixth aspect, since the poisonous substance can be reliably detected, it is possible to provide a fuel cell system that prevents poisoning.
According to the structure of Claim 7, the fuel cell system which prevents poisoning reliably by utilization of a positional information can be provided.
According to the configuration of claim 8, it is possible to provide a fuel cell system having excellent characteristics using atmospheric pressure air.

本発明は、自動車に搭載する燃料電池システムが、自動車が走行する様々な環境において外気とともに取り込まれる被毒物質による燃料電池の出力の低下等の問題を、被毒物質の検出手段および自動車走行環境検出手段とともに、被毒物質の分解、あるいは分離手段を空気供給路に設けることによって燃料電池内部に被毒物質が取り込まれることを防止することによって解決することが可能であることを見出したものである。
本発明において、被毒物質とは、電極触媒を劣化させる物質のみではなく、高分子固体電解質をはじめとして単位燃料電池の構成部材を劣化させて発電性能に悪影響を及ぼす物質を含む。 The present invention relates to a problem in which a fuel cell system mounted on a vehicle has a decrease in the output of the fuel cell due to a poisoning substance taken together with outside air in various environments where the vehicle travels. It has been found that it is possible to solve the problem by preventing the poisoning substance from being taken into the fuel cell by providing a means for decomposing or separating the poisoning substance in the air supply path together with the detection means. is there.
In the present invention, the poisoning substance includes not only a substance that degrades the electrode catalyst but also a substance that adversely affects the power generation performance by degrading the constituent members of the unit fuel cell including the polymer solid electrolyte.

以下に実施例を示し、本発明の燃料電池システムを説明する。
図１は、本発明の燃料電池システムを説明する図である
燃料電池システム１は、筐体１Ａ内に取り付けた燃料電池スタック２、燃料供給系３１、燃料排出系３２、空気供給系４、冷却水供給系５１、および冷却水排出系５２から構成されている。
燃料供給系３１は圧縮水素ボンベ、水素吸蔵合金等の水素貯蔵手段、調圧弁、圧力センサ等から構成されており、燃料電池スタック２へ所定の流量で水素が供給される。
また、燃料電池スタック２から排出される水素は、燃料排出系３２によって処理されて、未反応の水素は燃料供給系３１に循環して再度使用される。 The fuel cell system of the present invention will be described below with reference to examples.
FIG. 1 is a diagram illustrating a fuel cell system according to the present invention. A fuel cell system 1 includes a fuel cell stack 2, a fuel supply system 31, a fuel discharge system 32, an air supply system 4, a cooling system mounted in a housing 1 </ b> A. A water supply system 51 and a cooling water discharge system 52 are configured.
The fuel supply system 31 includes a hydrogen storage means such as a compressed hydrogen cylinder and a hydrogen storage alloy, a pressure regulating valve, a pressure sensor, and the like, and hydrogen is supplied to the fuel cell stack 2 at a predetermined flow rate.
Further, the hydrogen discharged from the fuel cell stack 2 is processed by the fuel discharge system 32, and the unreacted hydrogen is circulated to the fuel supply system 31 and used again.

空気供給系４から、ファン４１によって空気４２が空気供給ダクト４Ａを通じて燃料電池スタック２に供給される。また、空気供給系４に設けた空気供給口４３には、空気供給路切換手段４７と、不純物除去経路４５を通過しない無処理経路４６を有しており、空気供給路切換手段４７の空気取入口４７Ａには、フィルタ４８が配置されている。   From the air supply system 4, air 42 is supplied to the fuel cell stack 2 by the fan 41 through the air supply duct 4A. The air supply port 43 provided in the air supply system 4 includes an air supply path switching means 47 and a non-treatment path 46 that does not pass through the impurity removal path 45. A filter 48 is disposed at the inlet 47A.

空気取入口４７の近傍には、大気中の被毒物質、照度等を測定するセンサ６１が設けられており、センサによる検出信号、およびナビゲーションシステム６２から提供される自動車走行環境信号が制御手段６３に供給される。制御手段６３では被毒判定手段６４が動作をして、被毒の可能性があるか否かを判断する。   A sensor 61 that measures poisonous substances in the atmosphere, illuminance, and the like is provided in the vicinity of the air intake 47, and a detection signal from the sensor and an automobile travel environment signal provided from the navigation system 62 are controlled by the control means 63. To be supplied. In the control means 63, the poisoning determination means 64 operates to determine whether there is a possibility of poisoning.

次いで、被毒判定手段６４が被毒の可能性があると判断した場合には、被毒を回避するために、所定の不純物除去経路４５を動作状態とし、更に空気流路切換手段４７によって空気流路を切り換えて、被毒回避動作を行い所定の被毒回避動作が完了した後に元の無処理経路４６に切り換えられる。
また、本発明では、ナビゲーションシステムから提供される自動車走行環境信号による制御を行う構成としたので、トンネル等の場合には、センサによる検出動作に先立ち被毒回避動作の準備動作を行うことができるのでより確実な被毒回避を実現できる。 Next, when the poisoning determination means 64 determines that there is a possibility of poisoning, in order to avoid poisoning, the predetermined impurity removal path 45 is put into an operating state, and the air flow path switching means 47 further performs air The flow path is switched, the poisoning avoidance operation is performed, and after the predetermined poisoning avoidance operation is completed, the original non-processing path 46 is switched.
In the present invention, since the control is performed by the vehicle driving environment signal provided from the navigation system, in the case of a tunnel or the like, the preparation operation for the poisoning avoidance operation can be performed prior to the detection operation by the sensor. Therefore, more reliable poisoning avoidance can be realized.

図に示した例では、不純物除去経路４５として、一酸化炭素分解触媒等をハニカム材等に担持した被毒物質分解手段４５Ａを備えている。一酸化炭素分解触媒としては、銅−マンガン系触媒、貴金属系等の触媒が用いられる。   In the example shown in the figure, as the impurity removal path 45, a poisoning substance decomposition means 45A in which a carbon monoxide decomposition catalyst or the like is supported on a honeycomb material or the like is provided. As the carbon monoxide decomposition catalyst, a copper-manganese catalyst, a noble metal catalyst, or the like is used.

また、不純物除去経路４５は、温泉地帯、火山地帯等で大気中に浮遊する硫黄化合物、あるいは海岸線に近いに地域で空気中に浮遊する海水由来の塩化ナトリウム、塩化マグネシウム等の塩化物、イオン物質もしくは微粒子を除去することが可能なイオン物質除去手段４５Ｂを備えている。
なお、本発明のおいてイオン物質とは、燃料電池内においてイオン化して固体高分子電解質等を劣化させる物質を広く意味する。
イオン物質除去手段４５Ｂとしては、高電圧を印加した電圧を配置した静電気かつイオン式の分離除去手段、高度に微粒子を除去することが可能なＨＥＰＡフィルタ (High Efficiency Particulate Air Filter)、また、酸、アルカリ反応によらずにイオウ化合物を取り込むジルコニウムを含有したキレート系の分離手段等を用いることができる。 Impurity removal path 45 is a sulfur compound that floats in the atmosphere in hot spring areas, volcanic areas, or the like, chlorides such as sodium chloride and magnesium chloride that float in the air near the coastline, and ionic substances. Alternatively, an ionic substance removing unit 45B capable of removing fine particles is provided.
In the present invention, the ionic substance broadly means a substance that is ionized in the fuel cell and degrades the solid polymer electrolyte or the like.
As the ionic substance removing means 45B, a static and ionic separation and removal means in which a voltage to which a high voltage is applied is arranged, a HEPA filter (High Efficiency Particulate Air Filter) capable of highly removing fine particles, an acid, A chelate-type separation means containing zirconium that takes in a sulfur compound without using an alkali reaction can be used.

不純物除去経路４５を空気流が通過することによって空気流に圧損が生じて空気流量が低下する場合には、ファン４１の流速を高めて空気の流量が低下しないようにすることが好ましい。また、これらの不純物除去経路４５の空気流の上流側のみではなく下流側にも流路切換手段４９を設けた場合には、被毒物質除去手段４５Ａを通過した空気を、無処理経路４４を通じて入り口側に戻した後にイオン物質除去手段４５Ｂを通過させて空気供給口４７側へ送風することができる。なお、この順序は逆にすることもできる。
また、以上の分解手段、除去手段は、不純物の種類に応じて分解あるいは分離除去手法が異なるものを複数個を配置してもよい。 When the air flow passes through the impurity removal path 45 and pressure loss occurs in the air flow and the air flow rate decreases, it is preferable to increase the flow rate of the fan 41 so that the air flow rate does not decrease. Further, when the flow path switching means 49 is provided not only on the upstream side but also on the downstream side of the air flow in the impurity removal path 45, the air that has passed through the poisoning substance removal means 45A is passed through the non-treatment path 44. After returning to the entrance side, the air can be blown to the air supply port 47 side through the ionic substance removing means 45B. This order can be reversed.
Further, a plurality of the above decomposition means and removal means may be arranged with different decomposition or separation / removal methods depending on the type of impurities.

燃料電池スタック２の上部には、冷却水供給系５１から燃料電池スタックを冷却する水が供給され、電池反応で生成した水とともに燃料電池スタックの下部の冷却水排出系５２から取り出されて水タンクに貯蔵されて再利用される。また、酸素濃度が低下した空気は、排気ダクト４Ｂを通じて排出される。   Water for cooling the fuel cell stack is supplied from the cooling water supply system 51 to the upper part of the fuel cell stack 2 and taken out from the cooling water discharge system 52 at the lower part of the fuel cell stack together with the water generated by the cell reaction. Stored and reused. Further, the air having a reduced oxygen concentration is exhausted through the exhaust duct 4B.

図２は、本発明の燃料電池システムの制御動作の一例を説明するフロー図である。
Ｓ１において、制御動作を開始し、気体センサ、照度センサ、あるいはナビゲーションシステムからの情報を取得し、Ｓ２においてトンネル内で否かを判断する。
トンネル内であると判断した場合には、トンネル内はセンサが一酸化炭素が滞留しやすい場所であるので、Ｓ３において流路切換手段によって空気を被毒物質分解手段へ分配し、被毒物質を分解する。 FIG. 2 is a flowchart for explaining an example of the control operation of the fuel cell system of the present invention.
In S1, a control operation is started, information from a gas sensor, an illuminance sensor, or a navigation system is acquired, and in S2, it is determined whether or not it is inside a tunnel.
If it is determined that it is inside the tunnel, the sensor is a place where the carbon monoxide is likely to stay in the tunnel. Therefore, in S3, air is distributed to the poisoning substance decomposition means by the flow path switching means, and the poisoning substance is removed. Decompose.

一方、トンネル内でない場合には、Ｓ４において一酸化炭素を検出したか否かを判断し、一酸化炭素が検出された場合には、Ｓ３によって一酸化炭素を分解する。
一酸化炭素が検出されていない場合には、Ｓ５において、硫黄化合物検出センサ、あるいはナビゲーションシステムから取得した情報によって、温泉地、火山地帯、あるいは海岸沿いであるか否かを判断し、温泉地、火山地帯、あるいは海岸沿いである場合には、Ｓ６において流路切換手段によって空気をイオン物質除去手段へ分配し、イオン物質を除去する。
また、温泉地、火山地帯、あるいは海岸沿いでない場合には、Ｓ１へ戻る。 On the other hand, if not in the tunnel, it is determined whether or not carbon monoxide is detected in S4. If carbon monoxide is detected, the carbon monoxide is decomposed in S3.
If carbon monoxide is not detected, it is determined in S5 whether or not it is a hot spring area, a volcanic area, or a coastal area based on information obtained from a sulfur compound detection sensor or a navigation system. In the case of the volcanic zone or along the coast, air is distributed to the ionic substance removing means by the flow path switching means in S6 to remove the ionic substance.
If it is not a hot spring area, volcanic area, or along the coast, the process returns to S1.

このような図２に示すフローを走行中の車速度に応じた制御周期にて実施する。異常のようにして、燃料電池の出力性能に影響を及ぼす不純物混入による性能劣化要因を抑制することが可能となる。   Such a flow shown in FIG. 2 is carried out at a control cycle corresponding to the traveling vehicle speed. As an abnormality, it is possible to suppress performance deterioration factors due to impurities mixed in that affect the output performance of the fuel cell.

本発明の燃料電池システムでは、自動車に搭載した燃料電池が様々な環境において外気からの被毒物質によって出力が低下したり、特性が劣化することを防止することが可能となるので、燃料電池の環境適応性を高めることが可能となり、燃料電池システムに極めて有用である   In the fuel cell system of the present invention, it becomes possible to prevent the output of a fuel cell mounted on an automobile from being deteriorated by poisonous substances from outside air in various environments, and deterioration of characteristics. It is possible to enhance environmental adaptability and is extremely useful for fuel cell systems.

図１は、本発明の燃料電池システムを説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a fuel cell system according to the present invention. 図２は、本発明の燃料電池システムの制御動作の一例を説明するフロー図である。FIG. 2 is a flowchart for explaining an example of the control operation of the fuel cell system of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

１…燃料電池システム、１Ａ…筐体、２…燃料電池スタック
３１…燃料供給系、３２…燃料排出系
４…空気供給系、４１…ファン、４２…空気、４３…空気供給口、４４…空気供給路切換手段、４５…不純物除去経路、４５Ａ…被毒物質分解手段、４５Ｂ…イオン物質除去手段、…無処理経路、４７…空気取入口、４８…フィルタ、４９…下流側流路切換手段
５１…冷却水供給系、５２…冷却水排出系
６１…センサ、６２…ナビゲーションシステム、６３…制御手段、６４Ａ…被毒判定手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 1A ... Housing, 2 ... Fuel cell stack 31 ... Fuel supply system, 32 ... Fuel discharge system 4 ... Air supply system, 41 ... Fan, 42 ... Air, 43 ... Air supply port, 44 ... Air Supply path switching means, 45 ... impurity removal path, 45A ... toxic substance decomposition means, 45B ... ionic substance removal means, ... non-treatment path, 47 ... air intake, 48 ... filter, 49 ... downstream flow path switching means 51 ... Cooling water supply system, 52 ... Cooling water discharge system 61 ... Sensor, 62 ... Navigation system, 63 ... Control means, 64A ... Poison determination means

Claims (8)

車両に搭載され、燃料と酸素含有気体とが供給されて発電した電力により車両を走行させる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに前記酸素含有気体として外気を供給する空気供給系と、を有する燃料電池システムであって、
前記空気供給系は、外気から燃料電池スタックの出力を低下させる不純物を除去する不純物除去経路と、前記外気を無処理で通過させる無処理経路と、外気中の不純物を検出する検出手段と、外気中の不純物を検出した場合、前記不純物除去経路に切り換える空気供給路切換手段と、を備えたことを特徴とする燃料電池システム。 A fuel that is mounted on a vehicle and that causes the vehicle to run with electric power generated by supplying fuel and an oxygen-containing gas, and an air supply system that supplies outside air to the fuel cell stack as the oxygen-containing gas. A battery system,
The air supply system includes: an impurity removal path that removes impurities that reduce the output of the fuel cell stack from the outside air; a non-treatment path that allows the outside air to pass through without treatment; a detection unit that detects impurities in the outside air; An air supply path switching means for switching to the impurity removal path when an impurity is detected in the fuel cell system. 前記不純物除去経路は、被毒物質を分解する被毒物質分解手段と、イオン物質もしくは微粒子を除去するイオン物質除去手段とを有し、前記不純物検出手段は、排ガスセンサと、イオン濃度センサとを有し、前記空気供給路切換手段は、被毒物質を検出した場合は、前記被毒物質分離手段に切り換え、高濃度のイオン物質を検出した場合は、イオン物質除去手段に切り換える制御装置を備えていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。 The impurity removal path includes a poisoning substance decomposing unit that decomposes a poisoning substance and an ionic substance removing unit that removes ionic substances or fine particles, and the impurity detecting unit includes an exhaust gas sensor and an ion concentration sensor. And the air supply path switching means includes a control device that switches to the poisoning substance separating means when a poisoning substance is detected, and switches to the ion substance removing means when a high concentration ionic substance is detected. The fuel cell system according to claim 1, wherein: 不純物検出手段は、車両位置から不純物の存在を予測する自動車走行環境検出手段を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the impurity detection means includes an automobile traveling environment detection means for predicting the presence of impurities from a vehicle position. 被毒物質分解手段が一酸化炭素分解触媒を担持した分解手段であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の燃料電池システム。 4. The fuel cell system according to claim 1, wherein the poisoning substance decomposing means is a decomposing means carrying a carbon monoxide decomposition catalyst. 不純物分離手段が静電気による分離手段もしくはＨＥＰＡフィルタの少なくともいずれか一種であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein the impurity separation means is at least one of a separation means using static electricity and a HEPA filter. 被毒物質の検出手段が一酸化炭素検出センサ、または硫黄化合物検出センサの少なくともいずれか一種であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, wherein the poisoning substance detection means is at least one of a carbon monoxide detection sensor and a sulfur compound detection sensor. 自動車走行環境検出手段が、照度センサ、あるいはカーナビゲーションシステムによる位置情報に基づくトンネル、温泉地、火山地帯、あるいは海岸沿いの少なくともいずれか一種の検出手段であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。 The vehicle driving environment detection means is at least one of detection means along a tunnel, a hot spring area, a volcanic area, or a coast based on position information obtained by an illuminance sensor or a car navigation system. Fuel cell system. 前記空気供給系は前記空気供給部に常圧空気を供給するファンを有し、前記制御装置は、前記自動車走行環境検出手段で車両位置が高地や峠にあることを検出した場合、前記ファンの回転数を増加させる請求項３記載の燃料電池システム。 The air supply system includes a fan that supplies atmospheric pressure air to the air supply unit, and the control device detects the vehicle position at a high altitude or a fence when the vehicle traveling environment detection unit detects the vehicle position. 4. The fuel cell system according to claim 3, wherein the rotational speed is increased.
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