JP2008269983A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電時において水を発生させる燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system that generates water during power generation.
燃料電池から排出されるオフガスには、燃料電池によって生成される生成水が含まれている。オフガスは、生成水を水蒸気として含んだ状態で外気に排出される。外気に排出されるまでにオフガスの温度は下がるため、オフガスは水蒸気飽和になり、水蒸気白煙が発生する場合がある。水蒸気白煙は視界の妨げになるという問題がある。また、水蒸気白煙は見栄えが悪いという問題もある。水蒸気白煙が発生するのを防止するため、オフガスを電熱器で加熱した後、外気に排出する方法がある。
しかし、排ガスを電熱器で加熱した後、外気に排出する方法は電気を使用する。そのため、電気の使用を低減した効率のよい方法により、水蒸気白煙が発生するのを抑制する方法が求められている。本発明の目的は、電気の使用を低減した効率のよい方法により、水蒸気白煙が発生するのを抑制することにある。 However, after exhaust gas is heated with an electric heater, the method of discharging to the outside air uses electricity. For this reason, there is a demand for a method for suppressing the generation of steam white smoke by an efficient method that reduces the use of electricity. An object of the present invention is to suppress the generation of steam white smoke by an efficient method with reduced use of electricity.
本発明は、上述した課題を解決するために、以下の手段を採用する。すなわち、本発明の燃料電池システムは、燃料電池本体と、前記燃料電池本体から排出されるオフガスを外気に排出したとき、そのオフガスに含まれる水蒸気の凝縮が起こるか否かを判定する判定手段と、前記オフガスに含まれる水分を減少させる水分減少手段と、を備える。本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池本体から排出されるオフガスに含まれる水蒸気の凝縮が起こる場合、水分減少手段によりオフガスに含まれる水分を減少させることができる。そのため、オフガスが外気に排出された場合に生じる白煙の発生を抑制することが可能となる。 The present invention employs the following means in order to solve the above-described problems. That is, the fuel cell system of the present invention includes a fuel cell main body, and determination means for determining whether or not condensation of water vapor contained in the off gas occurs when the off gas discharged from the fuel cell main body is discharged to the outside air. And a moisture reducing means for reducing the moisture contained in the off-gas. According to the fuel cell system of the present invention, when the water vapor contained in the off gas discharged from the fuel cell main body condenses, the moisture contained in the off gas can be reduced by the moisture reducing means. Therefore, it is possible to suppress the generation of white smoke that occurs when off-gas is discharged to the outside air.
また、本発明の燃料電池システムは、前記燃料電池本体から排出されるオフガスが通るガス排出通路を更に備え、前記水分減少手段は、前記ガス排出通路に設けられてもよい。本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池本体から排出されるオフガスに含まれる水蒸気の凝縮が起こる場合、水分減少手段によりガス排出通路を通るオフガスに含まれる水分を減少させることができる。そのため、ガス排出通路を通るオフガスが外気に排出された場合に生じる白煙の発生を抑制することが可能となる。 The fuel cell system of the present invention may further include a gas discharge passage through which off-gas discharged from the fuel cell main body passes, and the moisture reducing means may be provided in the gas discharge passage. According to the fuel cell system of the present invention, when water vapor contained in the off gas discharged from the fuel cell main body condenses, the moisture contained in the off gas passing through the gas discharge passage can be reduced by the moisture reducing means. Therefore, it is possible to suppress the generation of white smoke that occurs when off-gas passing through the gas discharge passage is discharged to the outside air.
また、本発明の燃料電池システムは、前記ガス排出通路が、途中から少なくとも二つに分かれる分岐通路を含み、前記ガス排出通路と前記分岐通路の一つとを連結する切換手段を更に備え、前記水分減少手段が、前記分岐通路の一つに設けられ、前記判定手段が、前記水蒸気の凝縮が起こると判定された場合、前記切換手段を制御し、前記ガス排出通路と前記水分減少手段が設けられている前記分岐通路とを連結することにより、前記水分減少手段に前記オフガスを供給させてもよい。本発明の燃料電池システムによれば、切換手段を制御し、ガス排出通路と水分減少手段が設けられている分岐通路とを連結させることができる。そのため、オフガスを分岐通路に流入し、分岐通路に設けられた水分減少手段にオフガスを供給することで、ガス排出通路を通るオフガスが外気に排出された場合に生じる白煙の発生を抑制することが可能となる。 The fuel cell system of the present invention further includes a switching means for connecting the gas discharge passage and one of the branch passages, wherein the gas discharge passage includes a branch passage that is divided into at least two portions in the middle. A reducing means is provided in one of the branch passages, and when the determining means determines that condensation of the water vapor occurs, the switching means is controlled, and the gas discharge passage and the moisture reducing means are provided. The off-gas may be supplied to the moisture reducing means by connecting the branch passage. According to the fuel cell system of the present invention, the switching means can be controlled to connect the gas discharge passage and the branch passage provided with the moisture reducing means. Therefore, the generation of white smoke that occurs when off-gas passing through the gas discharge passage is discharged to the outside air by flowing the off gas into the branch passage and supplying the off gas to the moisture reducing means provided in the branch passage is suppressed. Is possible.
また、本発明の燃料電池システムは、前記水分減少手段が、供給されたオフガスに含まれる水分を吸収するとともに、高温かつ乾燥しているオフガスが供給されることによって、前記吸収した水分を放出し、前記判定手段が、前記オフガスが高温かつ乾燥しているか否かを判定し、前記オフガスが高温かつ乾燥していると判定された場合、前記切換手段を制御し、前記ガス排出通路と前記水分減少手段が設けられている前記分岐通路とを連結することにより、前記水分減少手段に前記オフガスを供給してもよい。本発明の燃料電池システムによれば、切換手段を制御し、ガス排出通路と水分減少手段が設けられている分岐通路とを連結させることができる。そのため、高温かつ乾燥しているオフガスを分岐通路に流入し、分岐通路に設けられた水分減少手段に高温かつ乾燥しているオフガスを供給することで、水分減少手段が吸収している水分を放出させることができる。その結果、水分減少手段の水分吸収能力を再生することができる。 Further, in the fuel cell system of the present invention, the moisture reducing means absorbs moisture contained in the supplied off gas and releases the absorbed moisture by supplying a high temperature and dry off gas. The determination means determines whether or not the off-gas is hot and dry, and if it is determined that the off-gas is hot and dry, the switching means controls the gas discharge passage and the moisture. The off-gas may be supplied to the moisture reducing means by connecting to the branch passage provided with the reducing means. According to the fuel cell system of the present invention, the switching means can be controlled to connect the gas discharge passage and the branch passage provided with the moisture reducing means. Therefore, the off-gas that is hot and dry flows into the branch passage, and the off-gas that is hot and dry is supplied to the moisture reducing means provided in the branch passage to release the moisture absorbed by the moisture reducing means. Can be made. As a result, the water absorption capacity of the water reducing means can be regenerated.
また、本発明の燃料電池システムは、前記燃料電池本体に供給されるガスが通るガス供給通路を更に備え、前記水分減少手段が、駆動することによって、前記ガス排出通路を通るオフガスに含まれる水分の一部を、前記ガス供給通路を通るガスに移動させることで前記オフガスに含まれる水分を減少させ、前記判定手段が、前記水蒸気の凝縮が起こると判定された場合、前記水分減少手段を駆動させてもよい。本発明の燃料電池システムによれば、水蒸気の凝縮が起こると判定された場合、判定手段が、水分減少手段を駆動させ、ガス排出通路を通るオフガスに含まれる水分の一部を、ガス供給通路を通るガスに移動させる。そのため、ガス排出通路を通るオフガスに含まれる水分を減少させることができ、ガス排出通路を通るオフガスが外気に排出された場合に生じる白煙の発生を抑制することが可能となる。 The fuel cell system of the present invention further includes a gas supply passage through which the gas supplied to the fuel cell main body passes, and the water contained in the off-gas passing through the gas discharge passage is driven by the moisture reducing means. When the determination means determines that condensation of the water vapor occurs, the moisture reduction means is driven when a part of the gas is passed through the gas supply passage to reduce the moisture contained in the off-gas. You may let them. According to the fuel cell system of the present invention, when it is determined that condensation of water vapor occurs, the determination means drives the moisture reduction means, and part of the moisture contained in the off-gas passing through the gas discharge passage is supplied to the gas supply passage. Move to gas through. Therefore, it is possible to reduce moisture contained in the off gas passing through the gas discharge passage, and to suppress the generation of white smoke that occurs when the off gas passing through the gas discharge passage is discharged to the outside air.
本発明によれば、電気の使用を低減した効率のよい方法により、水蒸気白煙が発生するのを抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can suppress that water vapor | steam white smoke generate | occur | produces with the efficient method which reduced use of electricity.
以下、図面を参照して本発明の実施をするための最良の形態(以下、実施形態という)に係る燃料電池システムについて説明する。以下の実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。 Hereinafter, a fuel cell system according to the best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described with reference to the drawings. The configuration of the following embodiment is an exemplification, and the present invention is not limited to the configuration of the embodiment.
〈第1実施形態〉
本発明の第1実施形態に係る燃料電池システムについて、図1から図4を参照して説明する。図1は、第1実施形態に係る燃料電池システムの構成例を示す図である。
<First Embodiment>
A fuel cell system according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a fuel cell system according to the first embodiment.
図1において、第1実施形態に係る燃料電池システムは、燃料電池スタック1、アノードガス通路2、アノードオフガス通路3、アノードオフガス循環通路4、カソードガス通路5、カソードオフガス通路6A、カソードオフガス通路6B、水素タンク7、水素ポンプ8、ポンプ9、調圧弁10、フィルタ11、気液分離器12、ドレンタンク13、排気排水弁14、電子制御ユニット(ECU)15、分岐通路16A、分岐通路16B、三方弁17A、三方弁17B、水分低減器18、温度センサ19、外部センサ20及びスタックセンサ21を有する。電子制御ユニット15が、本発明の判定手段に相当する。水分低減器18が、本発明の水分減少手段に相当する。
1, the fuel cell system according to the first embodiment includes a
燃料電池スタック1は、複数のセルが積層されて構成されている。各セルは電解質膜、アノード(燃料極)、カソード(空気極)、及びセパレータとから構成される。アノードとカソードとの間には、水素及び空気の流路が形成されている。
The
アノードガス通路2は、燃料電池スタック1のアノードに水素を含んだアノードガスを
供給する通路である。カソードガス通路5は、燃料電池スタック1のカソードに空気を含んだカソードガスを供給する通路である。
The anode gas passage 2 is a passage for supplying an anode gas containing hydrogen to the anode of the
水素タンク7は、アノードガス通路2にアノードガスを供給する。水素タンク7から供給されるアノードガスは、調圧弁10により所定圧力に調整される。また、アノードガスはアノードガス通路2から燃料電池スタック1のアノードに供給されている。また、エアフィルタ11を介して吸入されたエアは、ポンプ9(エアーコンプレッサともいう)が駆動することにより、燃料電池システム外から供給されるカソードガスが燃料電池スタック1のカソードに供給される。
The
燃料電池スタック1のアノードでは、アノードガスが供給されると、アノードガスに含まれる水素から水素イオンが生成される。また、燃料電池スタック1のカソードには、空気に含まれる酸素が供給される。そして、燃料電池スタック1では、水素と酸素の電気化学反応が起こり、電気エネルギーが発生する。また、燃料電池スタック1のカソードでは、水素から生成した水素イオンと酸素とが結合することにより水が生成される。
When the anode gas is supplied to the anode of the
アノードに供給されたアノードガスのうち未反応の水素及びカソードから透過する窒素等を含むガス(以下、アノードオフガスと表記する)は、燃料電池スタック1からアノードオフガス通路3に送出される。
Of the anode gas supplied to the anode, a gas containing unreacted hydrogen and nitrogen permeating from the cathode (hereinafter referred to as anode off gas) is sent from the
また、カソードに供給されたカソードガスのうち未反応のガス(以下、カソードオフガスと表記する)は、燃料電池スタック1からカソードオフガス通路6Aに排出される。カソードオフガスは、燃料電池スタック1が生成した水を水蒸気として含んでいる。カソードから排出されたカソードオフガスは、カソードオフガス通路6A及びカソードオフガス通路6Bを流れて外気に排出される。
Further, unreacted gas (hereinafter referred to as “cathode off gas”) of the cathode gas supplied to the cathode is discharged from the
燃料電池スタック1のアノードから排出されたアノードオフガスは、アノードオフガス通路3及びアノードオフガス循環通路4を流れ、水素タンク7からのアノードガスとともに再び燃料電池スタック1のアノードへ供給される。また、アノードオフガス通路3は、燃料電池スタック1のアノードから排出されたアノードオフガスを気液分離器12に供給する。
The anode off-gas discharged from the anode of the
気液分離器12は、燃料電池スタック1のアノードから排出されたアノードオフガスに含まれる水分(液体)と水素(気体)を分離する。気液分離器12で水分を分離された水素は水素ポンプ8によりアノードガスとしてアノードオフガス循環通路4を通り、アノードガス通路2に供給される。アノードオフガス循環通路4は、水素ポンプ8から送出されるアノードガスをアノードガス通路2に供給するための通路である。アノードオフガス循環通路4により、アノード側の循環経路が構成されている。
The gas-
ドレンタンク13は、気液分離器12が分離した水分を貯留する。排気排水弁14の開閉を行うことにより、ドレンタンク13に貯留されている水はカソードオフガス通路6Aに送出されるとともに、アノードオフガス中の不純物(N2)を循環経路から排出するこ
とが可能である。カソードオフガス通路6Aに送出された水は、カソードオフガス通路6A及びカソードオフガス通路6Bを通り外気に排出される。また、排気排水弁14は、ドレンタンク13に貯留される水が溢れないように、あるいは不純物の濃度が高くならないように適度に開閉される。
The
電子制御ユニット15は、温度センサ19及び外部センサ20とそれぞれ電気的に接続されている。電子制御ユニット15は、温度センサ19が測定したカソードオフガスの温度のデータを取得する。電子制御ユニット15は、外部センサ20が測定した外気温度及
び外気湿度のデータを取得する。電子制御ユニット15は、スタックセンサ21と電気的に接続されている。電子制御ユニット15は、スタックセンサ21が測定した燃料電池スタック1の運転温度のデータを取得する。電子制御ユニット15は、その内部にCPUやROM等を備えており、CPUはROMに記録される制御プログラムに従って各種の処理を実行する。
The
温度センサ19は、カソードオフガス通路6Bを介して外気に排出されるカソードオフガスの温度を測定する。温度センサ19は、任意の位置に設けることが可能である。例えば、外気に排出される直前のカソードオフガスの温度を測定できるように温度センサ19を設けてもよい。この場合、温度センサ19は、外気に排出される直前のカソードオフガスの温度を測定できる。外部センサ20は、外気温度及び外気湿度を測定する。スタックセンサ21は、燃料電池スタック1の運転温度を測定する。
The
カソードオフガス通路6Aは、途中で2本の分岐通路16A、分岐通路16Bに分岐する。分岐通路16Aには、水分低減器18が設けられている。水分低減器18は、分岐通路16Aを流れるカソードオフガスに含まれる水分を減少させる。すなわち、水分低減器18は、カソードオフガスが供給された場合、カソードオフガスに含まれる水分を減少させる。
The
カソードオフガス通路6Aが、分岐通路16Aと分岐通路16Bとに分岐する箇所には三方弁17Aが設けられている。また、分岐通路16Aと分岐通路16Bとが合流する箇所には、三方弁17Bが設けられている。三方弁17A及び三方弁17Bは、電気的に電子制御ユニット15と接続されている。三方弁17A、三方弁17Bは、電子制御ユニット15からの指令(制御)によって、分岐通路16A、分岐通路16Bのいずれにカソードオフガスを流入させるかの動作を行う。すなわち、三方弁17Aは、カソードオフガス通路6Aと分岐通路16Aとを連結させる役割を果たし、カソードオフガス通路6Aと分岐通路16Bとを連結させる役割を果たす。また、三方弁17Bは、分岐通路16Aとカソードオフガス通路6Bとを連結させる役割を果たし、分岐通路16Bとカソードオフガス通路6Bとを連結させる役割を果たす。
A three-
図2は、第1実施形態に係る燃料電池システムの動作を説明するフローチャートである。燃料電池スタック1から排出されたカソードオフガスが外気に排出されている間(例えば燃料電池の発電時)、第1実施形態に係る燃料電池システムは動作する。
FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the fuel cell system according to the first embodiment. While the cathode off gas discharged from the
まず、電子制御ユニット15は、外気温度、外気湿度及びカソードオフガスの温度のデータを取得する(S201)。具体的には、電子制御ユニット15は、外部センサ20により測定された外気温度のデータを取得する。第1実施形態においては、外部センサ20により測定された外気温度を測定外気温度という。また、電子制御ユニット15は、外部センサ20により測定された外気湿度のデータを取得する。第1実施形態においては、外部センサ20により測定された外気湿度を測定外気湿度という。更に、電子制御ユニット15は、温度センサ19により測定されたカソードオフガスの温度のデータを取得する。
First, the
次に、電子制御ユニット15は、測定外気温度のデータ、測定外気湿度のデータ及びカソードオフガスの温度のデータに基づいて白煙が発生するかの判定を行う(S202)。
Next, the
カソードオフガス通路6Bから外気に排出されたカソードオフガスに含まれる水蒸気は、外気により冷却される。そして、外気により冷却された水蒸気の水蒸気量が、冷却された温度の飽和水蒸気量より大きい場合、外気に排出された水蒸気は凝縮する。水蒸気は凝縮すると、最初は水滴の細かい粒となる。光の乱反射により水滴の粒を含む水蒸気は白く見える。第1実施形態では、外気に排出されたカソードオフガスに含まれる水蒸気が白く
視認できる状態になることを白煙が発生するという。
The water vapor contained in the cathode offgas discharged from the
カソードオフガスの温度、外気温度及び外気湿度と白煙発生との関係は、実験又はシミュレーションで求めておけばよい。例えば、図3に示すようなマップ(テーブル)を実験又はシミュレーションにより予め作成する。そして、電子制御ユニット15は、マップから白煙が発生するかの判定を行ってもよい。
The relationship between the cathode off-gas temperature, the outside air temperature, the outside air humidity, and the generation of white smoke may be obtained by experiments or simulations. For example, a map (table) as shown in FIG. 3 is created in advance by experiment or simulation. Then, the
図3に示すΔTは、カソードオフガスの温度と外気温度との差である。図3に示す湿度は、外気湿度である。図3の○は、白煙が発生していることを示している。図3の×は、白煙が発生していないことを示している。図3のマップを用いて、白煙が発生するかの判定を行う場合、電子制御ユニット15は、カソードオフガスの温度と測定外気温度との差であるΔT1を算出する。そして、電子制御ユニット15は、図3に示すマップを参照し、ΔT1及び測定外気湿度に基づいて、白煙が発生するか否かを判定する。
ΔT shown in FIG. 3 is a difference between the cathode off-gas temperature and the outside air temperature. The humidity shown in FIG. 3 is the outside air humidity. The circles in FIG. 3 indicate that white smoke is generated. In FIG. 3, “X” indicates that white smoke is not generated. When determining whether white smoke is generated using the map of FIG. 3, the
図2の説明に戻る。白煙が発生すると判定した場合(S202の処理で肯定の場合)、電子制御ユニット15は、三方弁17A及び三方弁17Bを制御し、カソードオフガス通路6Aを流れるカソードオフガスを分岐通路16Aに流入させる(S203)。すなわち、カソードオフガス通路6Aを流れるカソードオフガスが、分岐通路16Aに流入するように三方弁17A及び三方弁17Bを切り換える。分岐通路16Aに流入するカソードオフガスは、分岐通路16Aに設けられた水分低減器18を通り、カソードオフガス通路6Bに流れ込む。
Returning to the description of FIG. When it is determined that white smoke is generated (if the result of S202 is affirmative), the
図4は、第1実施形態の水分低減器18を詳細に説明した図である。図4に示すように、水分低減器18は、分岐通路16Aに設けられている。そのため、分岐通路16Aに流入するカソードオフガスは、水分低減器18を通る。第1実施形態では、水分低減器18として、シリカ等の乾燥剤を用いる。水分低減器18は、分岐通路16Aに流入するカソードオフガスに含まれる水分の一部を吸収する。すなわち、水分低減器18は、カソードオフガスが供給された場合、カソードオフガスに含まれる水分の一部を吸収する。水分低減器18は、所定量の水分を吸収した場合、それ以上水分を吸収しなくなる。また、水分を吸収した水分低減器18に高温かつ乾燥したカソードオフガスを供給すると、水分低減器18は、吸収した水分を放出する。高温かつ乾燥したカソードオフガスを供給することによって、水分低減器18に水分を放出させ、水分低減器18の水分吸収能力を再生することができる。第1実施形態では、水分低減器18として、シリカ等の乾燥剤を用いる場合を説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、水分低減器18として、カソードオフガスに含まれる水分を吸収する能力を有するとともに、高温に加熱することによって吸収している水分を放出し、水分吸収能力を再生可能なものを用いてもよい。
FIG. 4 is a diagram illustrating the
ここで、白煙が発生すると判定した場合に、カソードオフガス通路6Aを流れるカソードオフガスを水分低減器18が設けられた分岐通路16Aに流入させることを、第1実施形態では、白煙低減処理という。
Here, when it is determined that white smoke is generated, flowing the cathode off gas flowing through the cathode off
また、白煙低減処理を行った場合、電子制御ユニット15は、図示しないタイマを使用して、カソードオフガス通路6Aを流れるカソードオフガスを分岐通路16Aに流入させた時間を測定する。カソードオフガスを分岐通路16Aに流入させた時間を、第1実施形態では、流入時間という。そして、電子制御ユニット15は、測定した流入時間を保持する。白煙低減処理を繰り返し行った場合には、電子制御ユニット15は、測定した流入時間を積算する。測定した流入時間を積算した時間を、第1実施形態では、流入積算時間という。そして、電子制御ユニット15は、流入積算時間を保持する。
When the white smoke reduction process is performed, the
白煙が発生すると判定された場合、カソードオフガス通路6Aを流れるカソードオフガ
スに含まれる水蒸気の水蒸気量は飽和(または飽和に近い)となっている。そのため、カソードオフガスが分岐通路16Aに設けられた水分低減器18を通ると、そのカソードオフガスに含まれる水分の一部が水分低減器18によって吸収される。分岐通路16Aに設けられた水分低減器18を通ったカソードオフガスは、カソードオフガス通路6Bに流れ込む。カソードオフガス通路6Bに流れ込んだカソードオフガスは、外気に排出される。
When it is determined that white smoke is generated, the amount of water vapor contained in the cathode off gas flowing through the cathode off
図2の説明に戻る。白煙が発生しないと判定した場合(S202の処理で否定の場合)、電子制御ユニット15は、燃料電池スタック1から排出されたカソードオフガスが高温かつ乾燥しているかを判定する(S204)。具体的には、電子制御ユニット15は、温度センサ19により測定されたカソードオフガスの温度のデータを取得し、カソードオフガスの温度が所定温度以上であるかを判定する。カソードオフガスの温度が所定温度以上である場合、電子制御ユニット15は、カソードオフガスが高温であると判定する。この所定温度は、水分低減器18として用いるシリカ等の乾燥剤の種類によって異なる値である。また、電子制御ユニット15は、湿度センサ19により測定されたカソードオフガスの湿度のデータを取得し、カソードオフガスの湿度が所定湿度以上であるかを判定する。カソードオフガスの湿度が所定湿度以上である場合、電子制御ユニット15は、カソードオフガスが乾燥していると判定する。また、例えば、分岐通路16Aに流入するカソードオフガスの温度を測定できるように温度センサ19を設けてもよい。この場合、温度センサ19は、分岐通路16Aに流入する直前のカソードオフガスの温度を測定できる。
Returning to the description of FIG. When it is determined that white smoke is not generated (No in the process of S202), the
燃料電池スタック1から排出されたカソードオフガスが高温かつ乾燥していると判定した場合(S204の処理で肯定の場合)、電子制御ユニット15は、水分低減器18が水分を吸収しているかを判定する(S205)。具体的には、電子制御ユニット15は、保持している流入時間又は積算流入時間が所定時間以上であるかを判定する。保持している流入時間又は積算流入時間が所定時間以上である場合、電子制御ユニット15は、水分低減器18が水分を吸収していると判定する。
When it is determined that the cathode offgas discharged from the
水分低減器18が水分を吸収していると判定した場合(S205の処理で肯定の場合)、電子制御ユニット15は、S203の処理を行う。すなわち、電子制御ユニット15は、三方弁17A及び三方弁17Bを制御し、カソードオフガス通路6Aを流れるカソードオフガスを分岐通路16Aに流入させる。分岐通路16Aに流入したカソードオフガスは、高温かつ乾燥しているため、水分を吸収している水分低減器18は、吸収している水分を放出する。このように、分岐通路16Aに高温かつ乾燥しているカソードオフガスを流入させ、水分低減器18が吸収している水分を放出させることにより、水分低減器18の水分吸収能力を再生させる。
When it is determined that the
第1実施形態では、分岐通路16Aに高温かつ乾燥しているカソードオフガスを流入させ、水分低減器18に高温かつ乾燥しているカソードオフガスを通すことを、高温乾燥処理という。高温乾燥処理を行った場合、電子制御ユニット15は、タイマを初期化する。
In the first embodiment, a high temperature and dry cathode off gas flowing into the
一方、燃料電池スタック1から排出されたカソードオフガスが高温かつ乾燥していないと判定した場合(S204の処理で否定の場合)、電子制御ユニット15は、三方弁17A及び三方弁17Bを制御し、カソードオフガス通路6Aを流れるカソードオフガスを分岐通路16Bに流入させる(S206)。すなわち、カソードオフガス通路6Aを流れるカソードオフガスが、分岐通路16Bに流入するように三方弁17A及び三方弁17Bを切り換える。分岐通路16Bには水分低減器18は設けられていないので、分岐通路16Bに流入するカソードオフガスは、そのままカソードオフガス通路6Bに流れ込む。カソードオフガス通路6Bに流れ込んだカソードオフガスは、外気に排出される。
On the other hand, when it is determined that the cathode offgas discharged from the
また、水分低減器18が水分を吸収していないと判定した場合(S205の処理で否定
の場合)、S206の処理を行う。すなわち、電子制御ユニット15は、三方弁17A及び三方弁17Bを制御し、カソードオフガス通路6Aを流れるカソードオフガスを分岐通路16Bに流入させる。分岐通路16Bには水分低減器18は設けられていないので、分岐通路16Bに流入するカソードオフガスは、そのままカソードオフガス通路6Bに流れ込む。カソードオフガス通路6Bに流れ込んだカソードオフガスは、外気に排出される。
Further, when it is determined that the
第1実施形態では、S205の処理において、電子制御ユニット15は、燃料電池スタック1から排出されたカソードオフガスが高温かつ乾燥しているかを判定しているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、S205の処理において、電子制御ユニット15は、燃料電池スタック1から排出されたカソードオフガスが高温又は乾燥のいずれかの条件を満たしているかを判定してもよい。また、S205の処理において、電子制御ユニット15は、燃料電池スタック1から排出されたカソードオフガスが高温であるかを判定してもよい。また、S205の処理において、電子制御ユニット15は、燃料電池スタック1から排出されたカソードオフガスが乾燥しているかを判定してもよい。
In the first embodiment, in the process of S205, the
〈第1実施形態の効果〉
電子制御ユニット15によって白煙が発生すると判定された場合、燃料電池スタック1からカソードオフガス通路6Aに排出されたカソードオフガスは、分岐通路16Aに流入し、水分低減器18を通過する。外気に排出されるカソードオフガスが水分低減器18を通過した場合、そのカソードオフガスに含まれる水分の一部が水分低減器18によって吸収されるため、カソードオフガスに含まれる水分が減少する。
<Effects of First Embodiment>
When the
カソードオフガスに含まれる水分が減少した状態で、カソードオフガスを外気に排出した場合、カソードオフガスに含まれる水蒸気は直ぐには凝縮しない。すなわち、水分が減少したカソードオフガスに含まれる水蒸気は飽和とはなっていない。その結果、外気に排出されたカソードオフガスに含まれる水蒸気が凝縮する前に、外気に排出されたカソードオフガスは離散する。そのため、外気に排出されたカソードオフガスに含まれる水蒸気は、白く視認できる状態とはならない。 When the cathode offgas is discharged to the outside air in a state where the moisture contained in the cathode offgas is reduced, the water vapor contained in the cathode offgas is not condensed immediately. That is, the water vapor contained in the cathode off-gas with reduced moisture is not saturated. As a result, before the water vapor contained in the cathode offgas discharged to the outside air condenses, the cathode offgas discharged to the outside air becomes discrete. Therefore, the water vapor contained in the cathode off gas discharged to the outside air is not in a state where it can be visually recognized as white.
したがって、第1実施形態に係る燃料電池システムによれば、カソードオフガスを外気に排出することによる白煙の発生を抑制することが可能となる。さらに、カソードオフガスを電気の消費が大きい電熱器等で加熱する必要がないので、電気の使用を低減した効率のよい方法により、白煙の発生を抑制することが可能となる。 Therefore, according to the fuel cell system according to the first embodiment, it is possible to suppress the generation of white smoke caused by discharging the cathode off gas to the outside air. Furthermore, since it is not necessary to heat the cathode off gas with an electric heater or the like that consumes a large amount of electricity, the generation of white smoke can be suppressed by an efficient method that reduces the use of electricity.
〈第2実施形態〉
本発明の第2実施形態に係る燃料電池システムについて、図5及び図6を参照して説明する。第1実施形態では、水分低減器18として、シリカ等の乾燥剤を用いる場合について説明した。第2実施形態では、水分低減器18として、機械的な除湿機を用いる場合について説明する。第2実施形態に係る燃料電池システムの他の構成は、図1に示した第1実施形態に係る燃料電池システムの構成と同様である。そこで、同一の構成要素については、第1実施形態と同一の符号を付し、その説明を省略する。
Second Embodiment
A fuel cell system according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the first embodiment, the case where a desiccant such as silica is used as the
図5は、第2実施形態に係る燃料電池システムの動作を説明するフローチャートである。燃料電池スタック1から排出されたカソードオフガスが外気に排出されている間(例えば燃料電池の発電時)、第2実施形態に係る燃料電池システムは動作する。
FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of the fuel cell system according to the second embodiment. While the cathode off gas discharged from the
まず、電子制御ユニット15は、外気温度、外気湿度及びカソードオフガスの温度のデータを取得する(S501)。S501の処理については、第1実施形態で説明したS201の処理と同様であり、詳細な説明は省略する。
First, the
次に、電子制御ユニット15は、測定外気温度のデータ、測定外気湿度のデータ及びカソードオフガスの温度のデータに基づいて白煙が発生するかの判定を行う(S502)。S502の処理については、第1実施形態で説明したS202の処理と同様であり、詳細な説明は省略する。
Next, the
白煙が発生すると判定した場合(S502の処理で肯定の場合)、電子制御ユニット15は、三方弁17A及び三方弁17Bを制御し、カソードオフガス通路6Aを流れるカソードオフガスを分岐通路16Aに流入させる(S503)。すなわち、カソードオフガス通路6Aを流れるカソードオフガスが、分岐通路16Aに流入するように三方弁17A及び三方弁17Bを切り換える。分岐通路16Aに流入するカソードオフガスは、分岐通路16Aに設けられた水分低減器18を通り、カソードオフガス通路6Bに流れ込む。
When it is determined that white smoke is generated (when the result of S502 is affirmative), the
図6は、第2実施形態の水分低減器18を詳細に説明した図である。図6に示すように、水分低減器18は、分岐通路16Aに設けられている。そのため、分岐通路16Aに流入するカソードオフガスは、水分低減器18を通る。第2実施形態では、水分低減器18として、除湿機を用いる。また、電子制御ユニット15と水分低減器18とは、電気的に接続されており、電子制御ユニット15は、水分低減器18の駆動を制御する。水分低減器18が駆動することにより、分岐通路16Aに流入するカソードオフガスに含まれる水分の一部が除湿(吸湿)される。水分低減器18の電源は、燃料電池スタック1の発電を利用すればよい。電子制御ユニット15は、三方弁17A及び三方弁17Bを制御するとともに、水分低減器18を駆動することにより、分岐通路16Aに流入するカソードオフガスに含まれる水分の一部を除湿する。
FIG. 6 is a diagram illustrating the
第2実施形態では、水分低減器18として、除湿機を用いる場合を説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、水分低減器18として、カソードオフガスと、カソードオフガスに含まれる水分とを分離する気液分離器を用いてもよい。水分低減器18として気液分離器を用いる場合、気液分離器が分離した水分を排出するための排出菅を分岐通路16Aに設けておけばよい。また、気液分離器が分離した水分を貯留するドレンタンクをさらに設けてもよい。この場合、ドレンタンクが貯留した水分を排出するための排出菅を分岐通路16Aに設けてもよい。
In the second embodiment, the case where a dehumidifier is used as the
白煙が発生すると判定された場合、カソードオフガス通路6Aを流れるカソードオフガスに含まれる水蒸気の水蒸気量は飽和(または飽和に近い)となっている。そのため、カソードオフガスが分岐通路16Aに設けられた水分低減器18を通ると、そのカソードオフガスに含まれる水分の一部が水分低減器18によって除湿される。分岐通路16Aに設けられた水分低減器18を通ったカソードオフガスは、カソードオフガス通路6Bに流れ込む。カソードオフガス通路6Bに流れ込んだカソードオフガスは、外気に排出される。
When it is determined that white smoke is generated, the amount of water vapor contained in the cathode off gas flowing through the cathode off
図5の説明に戻る。白煙が発生しないと判定した場合(S502の処理で否定の場合)、電子制御ユニット15は、三方弁17A及び三方弁17Bを制御し、カソードオフガス通路6Aを流れるカソードオフガスを分岐通路16Bに流入させる(S504)。すなわち、カソードオフガス通路6Aを流れるカソードオフガスが、分岐通路16Bに流入するように三方弁17A及び三方弁17Bを切り換える。分岐通路16Bに流入するカソードオフガスは、そのままカソードオフガス通路6Bに流れ込む。カソードオフガス通路6Bに流れ込んだカソードオフガスは、外気に排出される。
Returning to the description of FIG. When it is determined that white smoke does not occur (No in S502), the
〈第2実施形態の効果〉
電子制御ユニット15によって白煙が発生すると判定された場合、燃料電池スタック1からカソードオフガス通路6Aに排出されたカソードオフガスは、分岐通路16Aに流入し、水分低減器18を通過する。外気に排出されるカソードオフガスが水分低減器18を
通過した場合、そのカソードオフガスに含まれる水分の一部が水分低減器18によって除湿されるため、カソードオフガスに含まれる水分が減少する。
<Effects of Second Embodiment>
When the
カソードオフガスに含まれる水分が減少した状態で、カソードオフガスを外気に排出した場合、カソードオフガスに含まれる水蒸気は直ぐには凝縮しない。すなわち、水分が減少したカソードオフガスに含まれる水蒸気は飽和とはなっていない。その結果、外気に排出されたカソードオフガスに含まれる水蒸気が凝縮する前に、外気に排出されたカソードオフガスは離散する。そのため、外気に排出されたカソードオフガスに含まれる水蒸気は、白く視認できる状態とはならない。 When the cathode offgas is discharged to the outside air in a state where the moisture contained in the cathode offgas is reduced, the water vapor contained in the cathode offgas is not condensed immediately. That is, the water vapor contained in the cathode off-gas with reduced moisture is not saturated. As a result, before the water vapor contained in the cathode offgas discharged to the outside air condenses, the cathode offgas discharged to the outside air becomes discrete. Therefore, the water vapor contained in the cathode off gas discharged to the outside air is not in a state where it can be visually recognized as white.
したがって、第2実施形態に係る燃料電池システムによれば、カソードオフガスを外気に排出することによる白煙の発生を抑制することが可能となる。さらに、カソードオフガスを電気の消費が大きい電熱器等で加熱する必要がないので、電気の使用を低減した効率のよい方法により、白煙の発生を抑制することが可能となる。 Therefore, according to the fuel cell system concerning a 2nd embodiment, it becomes possible to control generation of white smoke by discharging cathode off gas to outside air. Furthermore, since it is not necessary to heat the cathode off gas with an electric heater or the like that consumes a large amount of electricity, the generation of white smoke can be suppressed by an efficient method that reduces the use of electricity.
〈第3実施形態〉
本発明の第3実施形態に係る燃料電池システムについて、図7から図9を参照して説明する。図7は、第3実施形態に係る燃料電池システムの構成例を示す図である。
<Third Embodiment>
A fuel cell system according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of a fuel cell system according to the third embodiment.
図7に示すように、第1実施形態で説明した燃料電池システムの構成に、カソードオフガス通路6C、加湿器50、バイパス通路51及びバイパス弁52が追加されている。第3実施形態に係る燃料電池システムの他の構成は、図1に示した第1実施形態に係る燃料電池システムの構成と同様である。そこで、同一の構成要素については、第1実施形態と同一の符号を付し、その説明を省略する。加湿器50が、本発明の水分減少手段に相当する。
As shown in FIG. 7, a
加湿器50は、カソードガス通路5を流れるカソードガスを加湿する。また、加湿器50は、カソードオフガス通路6Aを流れるカソードオフガスを加湿し、カソードオフガス通路6Cに排出する。さらに、加湿器50は、カソードオフガス通路6Aを流れるカソードオフガスに含まれる水分の一部を、カソードガス通路5を流れるカソードガスに移動させる。すなわち、燃料電池スタック1から排出されたカソードオフガスに含まれる水分の一部が、加湿器50を介して、再び燃料電池スタック1に戻る。
The
バイパス通路51は、カソードガス通路5に設けられている。バイパス通路51には、バイパス弁52が設けられている。バイパス弁52が開いている場合、カソードガス通路5を流れるカソードガスは、バイパス通路51を経由して、燃料電池スタック1に供給される。加湿器50は抵抗が大きいため、バイパス弁52が開いている場合、カソード通路5を流れるカソードガスは、ほとんど加湿器50を通らなくなる。一方、バイパス弁52が閉じている場合、カソードガス通路5を流れるカソードガスは、加湿器50を通り、燃料電池スタック1に供給される。
The
電子制御ユニット15と加湿器50とは、電気的に接続されており、電子制御ユニット15は、加湿器50の駆動を制御する。また、電子制御ユニット15とバイパス弁52とは、電気的に接続されており、電子制御ユニット15は、バイパス弁52の開閉を制御する。
The
図8は、第3実施形態に係る燃料電池システムの動作を説明するフローチャートである。燃料電池スタック1から排出されたカソードオフガスが外気に排出されている間(例えば燃料電池の発電時)、第3実施形態に係る燃料電池システムは動作する。
FIG. 8 is a flowchart for explaining the operation of the fuel cell system according to the third embodiment. While the cathode off gas discharged from the
通常時、電子制御ユニット15は、加湿器50の駆動を制御することにより加湿器50の駆動を停止状態にし、また、バイパス弁52を制御することによりバイパス弁52を開いた状態にしておく(S801)。すなわち、燃料電池スタック1内の含水量を低い状態にしておく。バイパス弁52が開いている場合、カソードガス通路5を流れるカソードガスは、バイパス通路51を経由して、燃料電池スタック1に供給される。そのため、カソード通路5を流れるカソードガスは、ほとんど加湿器50を通らないので、燃料電池スタック1内の含水量は低い状態になっている。また、電子制御ユニット15は、三方弁17A及び三方弁17Bを制御することにより、カソードオフガス通路6Cを流れるカソードオフガスを分岐通路16Bに流入させておく。分岐通路16Bに流入したカソードオフガスは、カソードオフガス通路6Bに流れ込み、外気に排出される。また、加湿器50の直前のカソードガス通路5に、シャット弁を設けてもよい。加湿器50の駆動が停止状態にあり、バイパス弁52を開いた状態にある場合、シャット弁を閉じることにより、カソード通路5を流れるカソードガスを加湿器50に通さないようにすることができる。
Normally, the
次に、電子制御ユニット15は、外気温度、外気湿度及びカソードオフガスの温度を取得する(S802)。S802の処理については、第1実施形態で説明したS201の処理と同様であり、詳細な説明は省略する。
Next, the
次に、電子制御ユニット15は、測定外気温度のデータ及び測定外気湿度のデータ及びカソードオフガスの温度のデータに基づいて白煙が発生するかの判定を行う(S803)。S803の処理については、第1実施形態で説明したS202の処理と同様であり、詳細な説明は省略する。
Next, the
白煙が発生すると判定した場合(S803の処理で肯定の場合)、電子制御ユニット15は、加湿器50の駆動を制御することにより加湿器50の駆動を開始させ、また、バイパス弁52を制御することによりバイパス弁52を閉じる(S804)。加湿器50が駆動し、バイパス弁52が閉じた場合、燃料電池スタック1から排出され、カソードオフガス通路6Aを流れるカソードオフガスの一部の水分が、加湿器50によりカソードガス通路5を流れるカソードガスに移動する。そのため、カソードガス通路6Cを流れるカソードオフガスの含水量は、カソードオフガス通路6Aを流れるカソードオフガスの含水量よりも減少する。第3実施形態では、電子制御ユニット15によって加湿器50の駆動を制御することにより加湿器50の駆動を開始させ、バイパス弁52を制御することによりバイパス弁52を閉じる処理を、水分移動処理という。
When it is determined that white smoke is generated (in the case of positive determination in step S803), the
一方、白煙が発生しないと判定した場合(S803の処理で否定の場合)、電子制御ユニット15は、加湿器50の駆動を制御することにより加湿器50の駆動を停止状態のままにし、バイパス弁52を制御することによりバイパス弁52を開いた状態のままにしておく(S805)。カソードオフガス通路6Aを流れるカソードオフガスの水分の移動がないまま、カソードオフガスは、カソードオフガス通路6C、分岐通路16B、カソードオフガス通路6Bを流れて、外気に排出される。
On the other hand, if it is determined that white smoke does not occur (No in step S803), the
また、高温時など、カソードガスの加湿が不足する場合、すなわち、燃料電池スタックに供給するカソードガスに対して加湿が必要な場合に、水分移動処理を行ってもよい。水分移動処理を行うことにより、カソードガス通路5を流れるカソードガスが加湿された状態で燃料電池スタック1に供給される。
Further, when the cathode gas is insufficiently humidified, such as at a high temperature, that is, when the cathode gas supplied to the fuel cell stack needs to be humidified, the moisture transfer process may be performed. By performing the moisture transfer process, the cathode gas flowing through the
分岐通路16A、分岐通路16B、三方弁17A、三方弁17B、水分低減器18を備えた燃料電池システムに、カソードオフガス通路6C、加湿器50、バイパス通路51及びバイパス弁52を追加して、第3実施形態を説明した。これに代えて、分岐通路16A、分岐通路16B、三方弁17A、三方弁17B、水分低減器18を備えていない燃料電
池システムに、カソードオフガス通路6C、加湿器50、バイパス通路51及びバイパス弁52を追加することで、第3実施形態を実現してもよい。
A
また、第1実施形態で説明した燃料電池システムの構成に、カソードオフガス通路6C、加湿器50、バイパス通路51及びバイパス弁52を追加して、第3実施形態を説明した。これに代えて、第2実施形態で説明した燃料電池システムの構成に、カソードオフガス通路6C、加湿器50、バイパス通路51及びバイパス弁52を追加して、第3実施形態を実現してもよい。
In addition, the cathode off-
図9に、通常時状態及び水分移動処理を行った状態における、カソードオフガス通路6AのA点及びカソードオフガス通路6CのB点におけるカソードオフガスの水分量を示す。通常時状態は、加湿器50の駆動を停止状態にし、バイパス弁52を開いた状態である。カソードオフガスの水分量は、カソードオフガスの相対湿度である。
FIG. 9 shows the moisture content of the cathode off-gas at the point A of the cathode off-
図9の上段は、通常時状態又は水分移動処理を行った状態(水分移動状態)を示している。図9の中段は、カソードオフガス通路6AのA点におけるカソードオフガスの水分量を示している。図9の下段は、カソードオフガス通路6CのB点におけるカソードオフガスの水分量を示している。
The upper part of FIG. 9 shows a normal state or a state (moisture transfer state) in which moisture transfer processing is performed. The middle part of FIG. 9 shows the moisture content of the cathode offgas at point A of the
通常時状態(A)では、カソードオフガス通路6AのA点におけるカソードオフガスの水分量及びカソードオフガス通路6CのB点におけるカソードオフガスの水分量は、ともに一定である。また、通常時状態(A)では、カソードオフガス通路6AのA点におけるカソードオフガスの水分量及びカソードオフガス通路6CのB点におけるカソードオフガスの水分量は、同じ量である。これは、通常時状態(A)では、加湿器50の駆動を停止状態にしてあるので、カソードオフガス通路6Aを流れるカソードオフガスの水分の移動がないからである。
In the normal state (A), the moisture content of the cathode offgas at point A of the
水分移動状態(B)では、カソードオフガス通路6AのA点におけるカソードオフガスの水分量は、徐々に増加している。水分移動状態(B)は、白煙が発生すると判定された際に、水分移動処理を行った場合である。水分移動処理を行った場合、カソードガス通路5を流れるカソードガスは加湿されて、燃料電池スタック1に供給される。そして、加湿されたカソードガスに含まれる水分の一定量が、燃料電池スタック1内に貯留し、徐々にカソードオフガス通路6Aに排出される。そのため、水分移動状態(B)では、カソードオフガス通路6AのA点におけるカソードオフガスの水分量は、徐々に増加する。
In the moisture movement state (B), the moisture content of the cathode offgas at the point A of the
また、水分移動状態(B)では、カソードオフガス通路6CのB点におけるカソードオフガスの水分量は、急激に減少し、徐々に増加する。そして、カソードオフガス通路6CのB点におけるカソードオフガスの水分量は、一定になる。水分移動処理を行った場合、カソードオフガス通路6Aを流れるカソードオフガスに含まれる水分の一部がカソード通路5を流れるカソードガスに移動する。水分移動処理を行った直後は、カソードオフガス通路6Aを流れるカソードオフガスに含まれる水分の多くがカソード通路5を流れるカソードガスに移動するため、カソードオフガス通路6CのB点におけるカソードオフガスの水分量は、急激に減少する。カソードガス通路5を流れるカソードガスは、加湿されて燃料電池スタック1に供給されている。そのため、加湿器50が移動させる水分量よりも、加湿器50を通るカソードオフガスに含まれる水分量が上回り、カソードオフガス通路6CのB点におけるカソードオフガスの水分量は、徐々に増加する。
In the moisture movement state (B), the moisture content of the cathode offgas at the point B of the
通常時状態(C)では、カソードオフガス通路6AのA点におけるカソードオフガスの水分量は、徐々に減少している。通常時状態(C)では、カソードガス通路5を流れるカソードガスは加湿されずに、燃料電池スタック1に供給される。そして、燃料電池スタッ
ク1から徐々にカソードオフガス通路6Aにカソードオフガスが排出される。そのため、通常時状態(C)では、カソードオフガス通路6AのA点におけるカソードオフガスの水分量は、徐々に減少する。
In the normal state (C), the moisture content of the cathode offgas at the point A of the
また、通常時状態(C)では、カソードオフガス通路6CのB点におけるカソードオフガスの水分量は、急激に増加し、徐々に減少している。通常時状態(C)では、加湿器50の駆動を停止状態にしてあるので、カソードオフガス通路6Aを流れるカソードオフガスに含まれる水分の移動がなくなる。そのため、水分移動状態(B)から通常時状態(C)になった直後は、カソードオフガス通路6CのB点におけるカソードオフガスの水分量は、急激に増加する。通常時状態(C)では、カソードガス通路5を流れるカソードガスは加湿されなくなるため、カソードオフガス通路6CのB点におけるカソードオフガスの水分量は、徐々に減少する。
In the normal state (C), the moisture content of the cathode offgas at point B of the
水分移動状態(D)では、カソードオフガス通路6AのA点におけるカソードオフガスの水分量は、徐々に増加している。水分移動状態(D)は、高温時など、カソードガスの加湿が不足する際に、水分移動処理を行った場合である。水分移動処理を行った場合、カソードガス通路5を流れるカソードガスは加湿されて、燃料電池スタック1に供給される。そして、加湿されたカソードガスに含まれる水分の一定量が、燃料電池スタック1内に貯留し、徐々にカソードオフガス通路6Aに排出される。そのため、水分移動状態(B)では、カソードオフガス通路6AのA点におけるカソードオフガスの水分量は、徐々に増加する。
In the moisture movement state (D), the moisture content of the cathode offgas at the point A of the
また、水分移動状態(D)では、カソードオフガス通路6CのB点におけるカソードオフガスの水分量は、急激に減少し、徐々に増加する。そして、カソードオフガス通路6CのB点におけるカソードオフガスの水分量は、一定になる。水分移動処理を行った場合、カソードオフガス通路6Aを流れるカソードオフガスに含まれる水分の一部がカソード通路5を流れるカソードガスに移動する。水分移動処理を行った直後は、カソードオフガス通路6Aを流れるカソードオフガスに含まれる水分の多くがカソード通路5を流れるカソードガスに移動するため、カソードオフガス通路6CのB点におけるカソードオフガスの水分量は、急激に減少する。カソードガス通路5を流れるカソードガスは、加湿されて燃料電池スタック1に供給されている。そのため、加湿器50が移動させる水分量よりも、加湿器50を通るカソードオフガスに含まれる水分量が上回り、カソードオフガス通路6CのB点におけるカソードオフガスの水分量は、徐々に増加する。
In the moisture movement state (D), the cathode offgas moisture amount at the point B of the
〈第3実施形態の効果〉
電子制御ユニット15によって白煙が発生すると判定された場合、電子制御ユニット15によって加湿器50が駆動され、バイパス弁52が閉じる。カソードオフガス通路6Aを流れるカソードオフガスに含まれる水分の一部が、加湿器50によってカソードガス通路5を流れるカソードガスに移動する。そのため、カソードオフガス通路6Cを流れるカソードオフガスに含まれる水分は減少する。カソードオフガスに含まれる水分が減少した状態で、カソードオフガスを外気に排出した場合、カソードオフガスに含まれる水蒸気は直ぐには凝縮しない。すなわち、水分が減少したカソードオフガスに含まれる水蒸気は飽和とはなっていない。その結果、外気に排出されたカソードオフガスに含まれる水蒸気が凝縮する前に、外気に排出されたカソードオフガスは離散する。そのため、外気に排出されたカソードオフガスに含まれる水蒸気は、白く視認できる状態とはならない。
<Effect of the third embodiment>
When it is determined by the
したがって、第3実施形態に係る燃料電池システムによれば、カソードオフガスを外気に排出することによる白煙の発生を抑制することが可能となる。さらに、カソードオフガスを電気の消費が大きい電熱器等で加熱する必要がないので、電気の使用を低減した効率のよい方法により、白煙の発生を抑制することが可能となる。 Therefore, according to the fuel cell system according to the third embodiment, it is possible to suppress the generation of white smoke caused by discharging the cathode off gas to the outside air. Furthermore, since it is not necessary to heat the cathode off gas with an electric heater or the like that consumes a large amount of electricity, the generation of white smoke can be suppressed by an efficient method that reduces the use of electricity.
〈変形例〉
第1実施形態、第2実施形態、第3実施形態では、電子制御ユニット15により、カソードオフガスの温度のデータ、測定外気温度のデータおよび測定外気湿度のデータに基づいて白煙が発生するかの判定が行われた。本変形例では、電子制御ユニット15が、測定外気温度のデータ、測定外気湿度のデータ及び燃料電池スタック1の運転温度のデータに基づいて白煙が発生するかの判定を行うように変形してもよい。
<Modification>
In the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment, whether the
具体的には、図2で説明するS201の処理、図5で説明するS501の処理、図8で説明するS802の処理において、電子制御ユニット15は、測定外気温度のデータ、測定外気湿度のデータ及び燃料電池スタック1の運転温度のデータを取得する。
Specifically, in the process of S201 described in FIG. 2, the process of S501 described in FIG. 5, and the process of S802 described in FIG. 8, the
さらに、図2で説明するS202の処理、図5で説明するS502の処理、図8で説明するS803の処理において、電子制御ユニット15は、測定外気温度のデータ、測定外気湿度のデータ及び燃料電池スタック1の運転温度のデータに基づいて白煙が発生するかの判定を行う。外気温度、外気湿度及び燃料電池スタック1の運転温度と白煙発生との関係は、実験又はシミュレーションで求めておく。例えば、マップを実験又はシミュレーションにより予め作成しておく。この場合、図3で説明するマップと同様のマップを作成してもよい。そして、電子制御ユニット15は、マップから白煙が発生するかの判定を行う。図3で説明するマップと同様のマップを用いて、白煙が発生するかの判定を行う場合、電子制御ユニット15は、燃料電池スタック1の運転温度と測定外気温度との差であるΔT2を算出する。そして、電池制御ユニット15は、図3で説明するマップと同様のマップを参照し、ΔT2及び測定外気湿度に基づいて白霧が発生するかを判定する。
Further, in the process of S202 described in FIG. 2, the process of S502 described in FIG. 5, and the process of S803 described in FIG. 8, the
図2で説明するS201及びS202の処理、図5で説明するS501及びS502の処理、図8で説明するS802及びS803の処理を本変形例のように変形することにより、電子制御ユニット15は、測定外気温度のデータ、測定外気湿度のデータ及び燃料電池スタック1の運転温度のデータに基づいて白煙が発生するかの判定を行うことが可能となる。
By modifying the processing of S201 and S202 described in FIG. 2, the processing of S501 and S502 described in FIG. 5, and the processing of S802 and S803 described in FIG. It is possible to determine whether white smoke is generated based on the measured outside air temperature data, the measured outside air humidity data, and the operating temperature data of the
1 燃料電池スタック
2 アノードガス通路
3 アノードオフガス通路
4 アノードオフガス循環通路
5 カソードガス通路
6 カソードオフガス通路
7 水素タンク
8 水素ポンプ
9 ポンプ
10 調圧弁
11 フィルタ
12 気液分離器
13 ドレンタンク
14 排気排水弁
15 電子制御ユニット(ECU)
16A、16B 分岐通路
17A、17B 三方弁
18 水分低減器
19 温度センサ
20 外部センサ
21 スタックセンサ
50 加湿器
51 バイパス通路
52 バイパス弁
DESCRIPTION OF
16A,
Claims (5)
前記燃料電池本体から排出されるオフガスを外気に排出したとき、そのオフガスに含まれる水蒸気の凝縮が起こるか否かを判定する判定手段と、
前記オフガスに含まれる水分を減少させる水分減少手段と、を備える燃料電池システム。 A fuel cell body;
Determining means for determining whether or not condensation of water vapor contained in the off gas occurs when the off gas discharged from the fuel cell body is discharged to the outside air;
A fuel cell system comprising: a moisture reducing unit that reduces moisture contained in the off gas.
前記水分減少手段は、前記ガス排出通路に設けられている請求項1に記載の燃料電池システム。 A gas discharge passage through which off-gas discharged from the fuel cell body passes;
The fuel cell system according to claim 1, wherein the moisture reducing means is provided in the gas discharge passage.
前記ガス排出通路と前記分岐通路の一つとを連結する切換手段を更に備え、
前記水分減少手段は、前記分岐通路の一つに設けられ、
前記判定手段は、前記水蒸気の凝縮が起こると判定された場合、前記切換手段を制御し、前記ガス排出通路と前記水分減少手段が設けられている前記分岐通路とを連結することにより、前記水分減少手段に前記オフガスを供給する請求項2に記載の燃料電池システム。 The gas discharge passage includes a branch passage that is divided into at least two from the middle,
A switching means for connecting the gas discharge passage and one of the branch passages;
The moisture reducing means is provided in one of the branch passages,
When it is determined that condensation of the water vapor occurs, the determination means controls the switching means, and connects the gas discharge passage and the branch passage provided with the moisture reduction means, thereby The fuel cell system according to claim 2, wherein the off gas is supplied to a reducing unit.
前記判定手段は、前記オフガスが高温かつ乾燥しているか否かを判定し、前記オフガスが高温かつ乾燥していると判定された場合、前記切換手段を制御し、前記ガス排出通路と前記水分減少手段が設けられている前記分岐通路とを連結することにより、前記水分減少手段に前記オフガスを供給する請求項3に記載の燃料電池システム。 The moisture reducing means absorbs moisture contained in the supplied off gas, and releases the absorbed moisture by being supplied with a high temperature and dry off gas,
The determination means determines whether or not the off-gas is high temperature and dry. When it is determined that the off-gas is high temperature and dry, the determination means controls the switching means, and the gas discharge passage and the moisture reduction are controlled. The fuel cell system according to claim 3, wherein the off gas is supplied to the moisture reducing means by connecting the branch passage provided with the means.
前記水分減少手段は、駆動することによって、前記ガス排出通路を通るオフガスに含まれる水分の一部を、前記ガス供給通路を通るガスに移動させることで前記オフガスに含まれる水分を減少させ、
前記判定手段は、前記水蒸気の凝縮が起こると判定された場合、前記水分減少手段を駆動させる請求項2に記載の燃料電池システム。 A gas supply passage through which the gas supplied to the fuel cell body passes;
The moisture reducing means is driven to reduce the moisture contained in the off gas by moving a part of the moisture contained in the off gas passing through the gas discharge passage to the gas passing through the gas supply passage.
The fuel cell system according to claim 2, wherein the determination unit drives the moisture reduction unit when it is determined that condensation of the water vapor occurs.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100190069A1 (en) * | 2007-08-01 | 2010-07-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Exhaust state control device for fuel cell for mobile unit |
US11075393B2 (en) | 2017-12-26 | 2021-07-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system, mobile object, and exhaust gas discharge control method |
JP6996237B2 (en) | 2017-11-01 | 2022-01-17 | トヨタ自動車株式会社 | Exhaust gas piping structure of a vehicle equipped with a fuel cell stack |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0394811A (en) * | 1989-09-04 | 1991-04-19 | Calbee Foods Co Ltd | Method and device for discharging oil-containing heated gas |
JPH05135794A (en) * | 1991-11-11 | 1993-06-01 | Chubu Electric Power Co Inc | Fuel cell power generating device |
JP2007066529A (en) * | 2005-08-29 | 2007-03-15 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system |
-
2007
- 2007-04-20 JP JP2007111981A patent/JP2008269983A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0394811A (en) * | 1989-09-04 | 1991-04-19 | Calbee Foods Co Ltd | Method and device for discharging oil-containing heated gas |
JPH05135794A (en) * | 1991-11-11 | 1993-06-01 | Chubu Electric Power Co Inc | Fuel cell power generating device |
JP2007066529A (en) * | 2005-08-29 | 2007-03-15 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100190069A1 (en) * | 2007-08-01 | 2010-07-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Exhaust state control device for fuel cell for mobile unit |
US9531023B2 (en) | 2007-08-01 | 2016-12-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Exhaust state control device for fuel cell for mobile unit |
JP6996237B2 (en) | 2017-11-01 | 2022-01-17 | トヨタ自動車株式会社 | Exhaust gas piping structure of a vehicle equipped with a fuel cell stack |
US11075393B2 (en) | 2017-12-26 | 2021-07-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system, mobile object, and exhaust gas discharge control method |
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