JP2009048945A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池スタックを備える燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell stack.
近年、水素(燃料ガス)がアノードに、酸素を含む空気(酸化剤ガス)がカソードに、それぞれ供給されることで、電気化学反応が生じ発電する固体高分子型燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell:PEFC)等の燃料電池が注目されている。 In recent years, a polymer electrolyte fuel cell (Polymer Electrolyte Fuel Cell) that generates electricity by generating an electrochemical reaction by supplying hydrogen (fuel gas) to the anode and air containing oxygen (oxidant gas) to the cathode. Fuel cells such as PEFC) have attracted attention.
ところが、1つ当たりの燃料電池(これを単セルという)の発電電力は小さいため、通常、複数の単セルを直列に接続すると共に、複数の単セルを積層して構成された燃料電池スタックが使用される。そして、このような燃料電池スタックでは、その内部であってその積層方向に、例えば各単セルのアノード流路に連通する内部水素供給マニホールド(内部燃料ガス供給流路)を形成し、この内部水素供給マニホールドを介して、各単セルのアノード流路に水素を供給している。 However, since the generated power per fuel cell (which is referred to as a single cell) is small, a fuel cell stack configured by stacking a plurality of single cells and connecting a plurality of single cells in series is usually used. used. In such a fuel cell stack, an internal hydrogen supply manifold (internal fuel gas supply flow path) communicating with, for example, the anode flow path of each single cell is formed in the stacking direction inside the fuel cell stack. Hydrogen is supplied to the anode flow path of each single cell through the supply manifold.
一方、このような燃料電池スタックは、外部回路と未接続であっても、単セルを構成するMEA(Membrane Electrode Assembly:膜電極接合体)の両側に水素及び空気が存在すると、OCV(Open Circuit Voltage:開回路電圧)が発生する。そして、このようにCVが発生したままで燃料電池スタックが長時間放置されると、例えば、単セル内で電流が流れてしまい、単セルが劣化する虞がある。 On the other hand, even if such a fuel cell stack is not connected to an external circuit, if hydrogen and air exist on both sides of a MEA (Membrane Electrode Assembly) constituting a single cell, OCV (Open Circuit Voltage: open circuit voltage). If the fuel cell stack is left for a long time with CV being generated in this way, for example, a current flows in the single cell, and the single cell may deteriorate.
そこで、燃料電池スタックの発電停止時に、その内部に存在する水素、及び、停止中における凍結防止の観点から水蒸気等を排出し、燃料電池スタックに空気を封入する技術が提案されている。
そして、次回発電開始時には、アノード流路に封入されている空気(窒素含む)を燃料電池スタックから排出すると共に、水素への置換・充填を進め、燃料電池スタックが発電可能な状態にする必要がある(特許文献1参照)。
In view of this, there has been proposed a technique in which, when power generation of a fuel cell stack is stopped, hydrogen present in the fuel cell stack and water vapor are discharged from the viewpoint of preventing freezing during the stop, and air is sealed in the fuel cell stack.
Then, at the next power generation start, it is necessary to discharge air (including nitrogen) enclosed in the anode flow path from the fuel cell stack and promote replacement / filling with hydrogen so that the fuel cell stack can generate power. Yes (see Patent Document 1).
ところが、従来の燃料電池スタックでは、その積層方向に延びる内部水素供給マニホールドは、その積層方向の一端側のみが外部に開口しているため、この1つの開口(水素供給ポート)を介して、内部水素供給マニホールドに水素が供給され、そして、各単セルのアノード流路に供給される。
したがって、前記1つの開口から近い単セルのアノード流路には、速やかに水素が供給されるが、前記1つの開口から遠い単セルのアノード流路には、水素が供給されにくく、燃料電池スタック内の水素濃度が不均一になりやすい。その結果、燃料電池スタック内が適切な水素濃度に高まるまでに、時間がかかるという問題があった。
However, in the conventional fuel cell stack, the internal hydrogen supply manifold extending in the stacking direction is open to the outside only at one end side in the stacking direction, so that the internal hydrogen supply manifold extends through the one opening (hydrogen supply port). Hydrogen is supplied to the hydrogen supply manifold and then supplied to the anode channel of each single cell.
Accordingly, hydrogen is supplied quickly to the anode flow path of the single cell close to the one opening, but it is difficult to supply hydrogen to the anode flow path of the single cell far from the one opening. The hydrogen concentration in the inside tends to be uneven. As a result, there is a problem that it takes time until the inside of the fuel cell stack is increased to an appropriate hydrogen concentration.
そこで、本発明は、燃料電池スタックを構成する単セルの各燃料ガス流路に、燃料ガスを好適に供給することが可能な燃料電池システムを提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of suitably supplying fuel gas to each fuel gas flow path of a single cell constituting a fuel cell stack.
前記課題を解決するための手段として、本発明は、膜電極接合体のアノードに燃料ガスを給排する燃料ガス流路を有する単セルが複数積層されることで構成され、その内部であってその積層方向に、前記各単セルの燃料ガス流路に燃料ガスを分配供給する内部燃料ガス供給流路と、前記各単セルの燃料ガス流路から燃料ガスを集合排出する内部燃料ガス排出流路とを有し、前記内部燃料ガス供給流路は、その一端側の第1燃料ガス導入口と、その他端側の第2燃料ガス導入口とで、外部に開口している燃料電池スタックと、燃料ガス源と前記第1燃料ガス導入口とを接続する第1燃料ガス供給流路と、前記第1燃料ガス供給流路から分岐し、前記第2燃料ガス導入口に接続する第2燃料ガス供給流路と、前記第2燃料ガス供給流路を流れるガスの流量を制御する流量制御手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システムである。 As means for solving the above-mentioned problems, the present invention comprises a plurality of unit cells each having a fuel gas flow path for supplying and discharging fuel gas to and from the anode of the membrane electrode assembly. An internal fuel gas supply channel for distributing and supplying fuel gas to the fuel gas channel of each single cell in the stacking direction, and an internal fuel gas discharge flow for collecting and discharging the fuel gas from the fuel gas channel of each single cell A fuel cell stack that is open to the outside at a first fuel gas introduction port on one end side and a second fuel gas introduction port on the other end side. A first fuel gas supply channel connecting the fuel gas source and the first fuel gas inlet, and a second fuel branched from the first fuel gas supply channel and connected to the second fuel gas inlet A gas supply passage and a gas flowing through the second fuel gas supply passage. And flow control means for controlling the flow rate of a fuel cell system comprising: a.
このような燃料電池システムによれば、例えば、システム起動時において燃料ガス流路を燃料ガスに置換する場合や、燃料電池スタックに対する発電要求が大きくなり、燃料ガス不足を防止するべく、各燃料ガス流路に多流量の燃料ガスを供給すべき場合、流量制御手段が、第2燃料ガス供給流路を流れる燃料ガスの流量を増加させる。
そうすると、燃料ガスが、第1燃料ガス導入口及び第2燃料ガス導入口を介して、内部燃料ガス供給流路に供給される。すなわち、燃料ガスが、その両側から中央に向かって、内部燃料ガス供給流路に供給され、積層方向に流れ、各単セルの燃料ガス流路に略均等で供給され、燃料電池スタック内の水素濃度が略均等に上昇しやすくなる。
このようにして、内部燃料ガス供給流路の両側から燃料ガスを供給し、各燃料ガス流路に燃料ガスを供給できるので、速やかに燃料ガスに置換したり、燃料ガス不足になることを防止できる。
According to such a fuel cell system, for example, when the fuel gas flow path is replaced with the fuel gas at the time of starting the system, or the power generation demand for the fuel cell stack becomes large, When a high flow rate of fuel gas is to be supplied to the flow path, the flow rate control means increases the flow rate of the fuel gas flowing through the second fuel gas supply flow path.
Then, the fuel gas is supplied to the internal fuel gas supply channel via the first fuel gas inlet and the second fuel gas inlet. That is, the fuel gas is supplied from both sides toward the center to the internal fuel gas supply channel, flows in the stacking direction, is supplied to the fuel gas channel of each single cell substantially uniformly, and the hydrogen in the fuel cell stack The concentration is likely to rise almost evenly.
In this way, fuel gas can be supplied from both sides of the internal fuel gas supply flow path, and fuel gas can be supplied to each fuel gas flow path, so that it is possible to prevent rapid replacement with fuel gas or fuel gas shortage. it can.
また、前記第1燃料ガス供給流路に配置されたエゼクタと、前記内部燃料ガス排出流路から排出されたガスを、前記エゼクタを介して前記第1燃料ガス供給流路に戻す循環流路と、を備え、前記第2燃料ガス供給流路の上流端は、前記エゼクタよりも上流の前記第1燃料ガス供給流路に接続されていることを特徴とする燃料電池システムである。 An ejector disposed in the first fuel gas supply flow path; a circulation flow path for returning the gas discharged from the internal fuel gas discharge flow path to the first fuel gas supply flow path via the ejector; , And the upstream end of the second fuel gas supply flow path is connected to the first fuel gas supply flow path upstream of the ejector.
このような燃料電池システムによれば、循環流路によって、内部燃料ガス排出流路から排出された未消費の燃料ガスを含むガスを、第1燃料ガス供給流路に戻すことができ、燃料ガスの消費を抑えることができる。
そして、第2燃料ガス供給流路の上流端は、エゼクタよりも上流の第1燃料ガス供給流路に接続されているので、循環流路を介して第1燃料ガス供給流路に戻される燃料ガスに同伴する水蒸気が、第2燃料ガス供給流路に流れ込みにくくなる。このように、第2燃料ガス供給流路に水蒸気が流れ込みにくいので、第2燃料ガス供給流路が凍結しにくくなる。
According to such a fuel cell system, the gas containing unconsumed fuel gas discharged from the internal fuel gas discharge flow path can be returned to the first fuel gas supply flow path by the circulation flow path. Consumption can be reduced.
Since the upstream end of the second fuel gas supply channel is connected to the first fuel gas supply channel upstream of the ejector, the fuel returned to the first fuel gas supply channel via the circulation channel Water vapor accompanying the gas is less likely to flow into the second fuel gas supply channel. As described above, since the water vapor hardly flows into the second fuel gas supply channel, the second fuel gas supply channel is difficult to freeze.
また、膜電極接合体のアノードに燃料ガスを給排する燃料ガス流路を有する単セルが複数積層されることで構成され、その内部であってその積層方向に、前記各単セルの燃料ガス流路に燃料ガスを分配供給する内部燃料ガス供給流路と、前記各単セルの燃料ガス流路から燃料ガスを集合排出する内部燃料ガス排出流路とを有し、前記内部燃料ガス排出流路は、その一端側の第1燃料ガス排出口と、その他端側の第2燃料ガス排出口とで、外部に開口している燃料電池スタックと、前記第1燃料ガス排出口に接続し、前記内部燃料ガス排出流路からの燃料ガスが流れる第1燃料ガス排出流路と、前記第2燃料ガス排出口に接続すると共に、前記第1燃料ガス排出流路に接続し、前記内部燃料ガス排出流路からの燃料ガスを、当該第1燃料ガス排出流路に合流させる第2燃料ガス排出流路と、前記第2燃料ガス排出流路を流れるガスの流量を制御する流量制御手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システムである。 The anode of the membrane electrode assembly is configured by stacking a plurality of single cells each having a fuel gas flow path for supplying and discharging fuel gas, and the fuel gas of each single cell is formed in the stack direction. An internal fuel gas supply flow path for distributing and supplying fuel gas to the flow path; and an internal fuel gas discharge flow path for collecting and discharging fuel gas from the fuel gas flow paths of the single cells. The path is connected to the fuel cell stack that opens to the outside at the first fuel gas discharge port on one end side and the second fuel gas discharge port on the other end side, and the first fuel gas discharge port, The internal fuel gas is connected to the first fuel gas discharge flow path through which the fuel gas from the internal fuel gas discharge flow path and the second fuel gas discharge port are connected, and is connected to the first fuel gas discharge flow path. The fuel gas from the discharge channel is discharged into the first fuel gas discharge A second fuel gas discharge channel for combining the flow path, a fuel cell system characterized by comprising a flow control means for controlling the flow rate of gas flowing through the second fuel gas discharge channel.
このような燃料電池システムによれば、例えば、システム起動時において燃料ガス流路を燃料ガスに置換する場合や、燃料電池スタックに対する発電要求が大きくなり、燃料ガス不足を防止するべく、各燃料ガス流路に多流量の燃料ガスを供給すべき場合、流量制御手段が、第2燃料ガスは排出流路を流れるガスの流量を増加させる。そうすると、内部燃料ガス排出流路のガスは、第1燃料ガス排出口及び第2燃料ガス排出口を介して、外部に排出される。すなわち、内部燃料ガス排出流路のガスは、その両側から速やかに外部に排出される。 According to such a fuel cell system, for example, when the fuel gas flow path is replaced with the fuel gas at the time of starting the system, or the power generation demand for the fuel cell stack becomes large, When a high flow rate fuel gas is to be supplied to the flow path, the flow rate control means increases the flow rate of the gas flowing through the discharge flow path as the second fuel gas. Then, the gas in the internal fuel gas discharge channel is discharged to the outside through the first fuel gas discharge port and the second fuel gas discharge port. That is, the gas in the internal fuel gas discharge channel is quickly discharged to the outside from both sides.
したがって、各燃料ガス流路のガスは、略均等で、内部燃料ガス排出流路に排出されやすくなる。よって、燃料ガスが、内部燃料ガス供給流路から、各燃料ガス流路に、速やかに流れ込みやすくなる。
このようにして、内部燃料ガス供給流路の両側から燃料ガスを供給し、各燃料ガス流路に燃料ガスを供給できるので、速やかに燃料ガスに置換したり、燃料ガス不足になることを防止できる。
Therefore, the gas in each fuel gas passage is substantially uniform and is easily discharged to the internal fuel gas discharge passage. Therefore, it becomes easy for fuel gas to flow promptly from the internal fuel gas supply channel into each fuel gas channel.
In this way, fuel gas can be supplied from both sides of the internal fuel gas supply flow path, and fuel gas can be supplied to each fuel gas flow path, so that it is possible to prevent rapid replacement with fuel gas or fuel gas shortage. it can.
また、前記燃料電池スタックの起動が指示された場合において、前記各燃料ガス流路を燃料ガスに置換するとき、前記流量制御手段は、その内部をガスが流れるように制御することを特徴とする燃料電池システムである。 Further, in the case where the start of the fuel cell stack is instructed, when the fuel gas flow paths are replaced with fuel gas, the flow rate control means controls the gas to flow through the inside thereof. It is a fuel cell system.
このような燃料電池システムによれば、燃料電池スタックの起動が指示された場合において、各燃料ガス流路を燃料ガスに置換するとき、流量制御手段がその内部をガスが流れるように制御するので、各燃料ガス流路に速やかに燃料ガスを供給することができ、速やかに燃料ガスに置換することができる。これにより、システム起動時における燃料ガスの置換に要する時間を、短縮することができる。 According to such a fuel cell system, when the activation of the fuel cell stack is instructed, when replacing each fuel gas flow path with the fuel gas, the flow rate control means controls the gas to flow therethrough. The fuel gas can be quickly supplied to each fuel gas channel, and can be quickly replaced with the fuel gas. Thereby, the time required for replacement of the fuel gas at the time of starting the system can be shortened.
また、前記燃料電池スタック内の燃料ガス濃度を検出する濃度検出手段と備え、前記流量制御手段は、前記濃度検出手段が検出する燃料ガス濃度が所定燃料ガス濃度になるように、その内部を通るガスの流量を制御することを特徴とする燃料電池システムである。 The fuel cell stack further includes a concentration detection means for detecting a fuel gas concentration in the fuel cell stack, and the flow rate control means passes through the inside so that the fuel gas concentration detected by the concentration detection means becomes a predetermined fuel gas concentration. A fuel cell system that controls a flow rate of gas.
このような燃料電池システムによれば、流量制御手段は、濃度検出手段により検出する濃度が、所定燃料ガス濃度(後記する実施形態では、基準水素濃度C0、C1)となるように、その内部を通るガスの流量を制御することができる。 According to such a fuel cell system, the flow rate control means is arranged so that the concentration detected by the concentration detection means becomes a predetermined fuel gas concentration (in the embodiments described later, reference hydrogen concentrations C0 and C1). The flow rate of the gas passing through can be controlled.
本発明によれば、燃料電池スタックを構成する単セルの各燃料ガス流路に、燃料ガスを好適に供給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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell system which can supply fuel gas suitably to each fuel gas flow path of the single cell which comprises a fuel cell stack can be provided.
以下、本発明の一実施形態について、図1から図7を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
≪燃料電池システムの構成≫
図1に示す燃料電池システム1は、図示しない燃料電池自動車(移動体)に搭載されている。燃料電池システム1は、燃料電池スタック10と、燃料電池スタック10内の水素濃度を検出する水素センサ18、19(濃度検出手段)と、燃料電池スタック10のアノードに対して水素(燃料ガス、反応ガス)を給排するアノード系と、燃料電池スタック10のカソードに対して酸素を含む空気(酸化剤ガス、反応ガス)を給排するカソード系と、掃気時にカソード系からアノード系に掃気ガス(非加湿の空気)を導く掃気系と、IG61(イグニッション)と、これらを電子制御するECU70(Electronic Control Unit、電子制御装置)と、を備えている。
≪Configuration of fuel cell system≫
A fuel cell system 1 shown in FIG. 1 is mounted on a fuel cell vehicle (mobile body) (not shown). The fuel cell system 1 includes a
<燃料電池スタック>
図2に示すように、燃料電池スタック10は、その外形が、やや縦長の直方体であり、複数(例えば200〜400枚)の単セル20と、2枚のエンドプレート16、16とを備えている。図2及び図3に示すように、複数の単セル20は、その厚み方向に積層されると共に、電気的に直列で接続されており、そして、エンドプレート16が、積層された単セル20を、その両外側から挟んでいる。
<Fuel cell stack>
As shown in FIG. 2, the
[単セル]
単セル20は、固体高分子型の燃料電池であって、電解質膜22をアノード23及びカソード24で挟んだMEA21と、アノード23側に配置されるアノードセパレータ25と、カソード24側に配置されるカソードセパレータ27と、を備えている。そして、アノードセパレータ25及びカソードセパレータ27が、MEA21を挟んでいる。
[Single cell]
The
電解質膜22は、例えば、1価の陽イオン交換膜から構成される。
アノード23及びカソード24は、カーボンペーパ等の導電性を有する多孔質体から構成されると共に、アノード23及びカソード24における反応を生じさせるための触媒(Pt、Ru等)を含んでいる。
The
The
アノードセパレータ25は、アノード23に対して水素を給排する板状の部品であり、図4に示すように、そのアノード23側面には、水素が流れる溝状のアノード流路26(燃料ガス流路)が複数形成されている。
複数のアノード流路26は、鉛直方向に延びており、後記する内部水素供給マニホールド11からの水素が、各アノード流路26を鉛直下方に向かい、そして、後記する内部水素排出マニホールド12に流れ込むようになっている。また、このようにアノード流路26は鉛直方向に延びているので、アノード流路26において結露水が生成したとしても、結露水は、その自重により、内部水素排出マニホールド12に排出されるようになっている。
The
The plurality of
カソードセパレータ27は、カソード24に対して空気を給排する板状の部品であり、そのカソード24側面には、空気が流れる溝状のカソード流路28(酸化剤ガス流路)が複数形成されている(図3参照)。
複数のカソード流路28は、鉛直方向に延びており、後記する内部空気供給マニホールド13からの空気が、各カソード流路28を鉛直下方に向かい、そして、後記する内部空気排出マニホールド14に流れ込むようになっている。また、このようにカソード流路28は鉛直方向に延びているので、カソード流路28内における生成水等の排出が促進されるようなっている。
The
The plurality of
なお、アノードセパレータ25の裏面(隣接する単セル20側面)、及び、カソードセパレータ27の裏面(隣接する単セル20側面)の少なくとも一方には、冷媒流路(図示しない)が形成されている。そして、各単セル20の冷媒流路を冷媒が通流することで、燃料電池スタック10が適宜に冷却されるようになっている。
A coolant channel (not shown) is formed on at least one of the back surface of the anode separator 25 (side surface of the adjacent single cell 20) and the back surface of the cathode separator 27 (side surface of the adjacent single cell 20). The
[内部水素供給マニホールド]
燃料電池スタック10は、その内部、詳細には図3の右上部分に、内部水素供給マニホールド11(内部燃料ガス供給流路)を有している。内部水素供給マニホールド11は、電解質膜22、アノードセパレータ25、カソードセパレータ27、エンドプレート16、16に形成された貫通孔が重なることで構成され、単セル20の積層方向に延びている。そして、内部水素供給マニホールド11は、その前側(一端側)の第1水素導入口11a(第1燃料ガス導入口)と、その後側(他端側)の第2水素導入口11b(第2燃料ガス導入口)と、で外部に開口している。
[Internal hydrogen supply manifold]
The
また、内部水素供給マニホールド11は、各単セル20のアノード流路26に連通している(図4参照)。そして、内部水素供給マニホールド11は、外部からその内部に流れ込んだ水素を、各アノード流路26に分配供給するようになっている。
Further, the internal
[内部水素排出マニホールド]
燃料電池スタック10は、その内部、詳細には図3の左下部分に、内部水素排出マニホールド12(内部燃料ガス排出流路)を有している。内部水素排出マニホールド12は、内部水素供給マニホールド11と同様、アノードセパレータ25等に形成された貫通孔が重なることで構成され、積層方向に延びている。そして、内部水素排出マニホールド12は、その前側(一端側)の第1水素排出口12a(第1燃料ガス排出口)と、その後側(他端側)の第2水素排出口12b(第2燃料ガス排出口)と、で外部に開口している。
[Internal hydrogen discharge manifold]
The
また、内部水素排出マニホールド12は、各単セル20のアノード流路26に連通している(図4参照)。そして、内部水素排出マニホールド12は、各アノード流路26からの水素(これをアノードオフガスという)を集合させ、外部に排出するようになっている。
Further, the internal
[内部空気供給マニホールド]
燃料電池スタック10は、その内部、詳細には図3の左上部分に、内部空気供給マニホールド13(内部酸化剤ガス供給流路)を有している。内部空気供給マニホールド13は、内部水素供給マニホールド11と同様、アノードセパレータ25等に形成された貫通孔が重なることで構成され、積層方向に延びている。そして、内部空気供給マニホールド13は、その前側の空気導入口13aで外部に開口している。
[Internal air supply manifold]
The
また、内部空気供給マニホールド13は、各単セル20のカソード流路28に連通している。そして、内部空気供給マニホールド13は、外部からその内部に流れ込んだ空気を、各カソード流路28に分配供給するようになっている。
The internal
[内部空気排出マニホールド]
燃料電池スタック10は、その内部、詳細には図3の右下部分に、内部空気排出マニホールド14(内部酸化剤ガス排出流路)を有している。内部空気排出マニホールド14は、内部水素供給マニホールド11と同様、アノードセパレータ25等に形成された貫通孔が重なることで構成され、積層方向に延びている。そして、内部空気排出マニホールド14は、その前側の空気排出口14aで外部に開口している。
[Internal air discharge manifold]
The
また、内部空気排出マニホールド14は、各単セル20のカソード流路28に連通している。そして、内部空気排出マニホールド14は、各カソード流路28からその内部に流れ込んだ空気(これをカソードオフガスという)を集合させ、外部に排出するようになっている。
Further, the internal
そして、アノード流路26を介して各アノード23に水素が供給され、カソード流路28を介して各カソード24に空気が供給されると、電極反応が起こり、各単セル20でOCVが発生するようになっている。次いで、OCVが所定OCV以上となった状態で、発電要求があり、走行モータ等を含む外部回路(図示しない)に電流が取り出されると、燃料電池スタック10が発電するようになっている。
Then, when hydrogen is supplied to each
<水素センサ>
図1に戻って説明を続ける。
水素センサ18、19は、燃料電池スタック10内に組み込まれており、アノード流路26の水素濃度を検出するものである。水素センサ18は、積層方向において、やや第1水素導入口11a寄りの(やや前側、図3参照)アノード流路26の水素濃度C11を検出するように配置されている。一方、水素センサ19は、やや第2水素導入口11b寄りの(やや後側、図3参照)アノード流路26の水素濃度C12を検出するように配置されている。
<Hydrogen sensor>
Returning to FIG. 1, the description will be continued.
The
そして、水素センサ18、19は、ECU70にそれぞれ接続されており、検出した水素濃度C11、C12を、それぞれECU70に出力するようになっている。なお、積層方向における水素センサ18、19の位置は、事前試験等に基づいて、例えば、水素が導入されにくい位置や、水素が排出されにくい位置に配置することが好ましい。
ただし、水素センサ18、19の数及び位置はこれに限定されず、適宜変更してよい。
The
However, the number and position of the
<アノード系>
アノード系は、アノード流路26に対して水素を給排する系であり、水素タンク31(燃料ガス源)と、遮断弁32と、エゼクタ33と、アシスト導入弁34(流量制御手段)と、可変オリフィス35(流量制御手段)と、パージ弁36と、逆止弁37と、アシスト排出弁38(流量制御手段)と、可変オリフィス39(流量制御手段)と、を備えている。
<Anode system>
The anode system is a system for supplying and discharging hydrogen to and from the
水素タンク31は、配管31a、遮断弁32、配管32a、エゼクタ33、配管33aを介して、第1水素導入口11aに接続されている。そして、ECU70により、遮断弁32が開かれると、水素が、水素タンク31から、第1水素導入口11aを介して、内部水素供給マニホールド11及びアノード流路26に供給されるようになっている。なお、遮断弁32の下流には減圧弁(図示しない)が設けられており、水素が所定圧力に減圧されるようになっている。
ここで、水素タンク31(燃料ガス源)と第1水素導入口11aとを接続する第1燃料ガス供給流路(第1燃料ガス供給配管)は、配管31a、32a、33aを備えて構成されている。また、燃料ガス源としては、水素タンク31の他、例えば、水素を吸蔵した水素吸蔵合金を使用してもよい。
The
Here, the first fuel gas supply passage (first fuel gas supply pipe) connecting the hydrogen tank 31 (fuel gas source) and the
そして、エゼクタ33よりも上流の配管32aの途中は、配管34a、アシスト導入弁34、配管34b、可変オリフィス35、配管35bを介して、第2水素導入口11bに接続されている。
したがって、遮断弁32が開いたまま、ECU70によって、アシスト導入弁34が開かれ、可変オリフィス35が適宜に制御されると、水素が、第2水素導入口11bを介しても、内部水素供給マニホールド11及びアノード流路26に供給され、アノード流路26への水素導入がアシストされるようになっている。
すなわち、燃料電池スタック10の積層方向において、その両端側から水素をその内部に供給可能に設計されている。
The middle of the
Therefore, when the
That is, the
また、後記するように、システム停止時において、アノード流路26を掃気し、空気に置換する際にも、アシスト導入弁34を開き、可変オリフィス35を適宜に制御することで、掃気ガス(空気)を燃料電池スタック10の両端側から導入し、残留水素や水蒸気を押し出し、速やかに掃気できるようになっている。
As will be described later, when the system is stopped, the
ここで、第1燃料ガス供給流路から分岐し、第2燃料ガス導入口(第2水素導入口11b)に接続する第2燃料ガス供給流路(第2燃料ガス供給配管)は、配管34a、34b、35aを備えて構成されている。
Here, the second fuel gas supply channel (second fuel gas supply piping) branched from the first fuel gas supply channel and connected to the second fuel gas introduction port (second
そして、第2燃料ガス供給流路を構成する配管34aの上流端は、エゼクタ33よりも上流の配管32aに接続されているので、後記するようにアノードオフガスがエゼクタ33に戻されても、アノードオフガスに同伴する水蒸気が配管34aに流入しにくくなっている。これにより、配管34a、34b、35aの凍結防止が図られている。
Since the upstream end of the
また、配管34a、34b、35a等で構成される第2燃料ガス供給流路は、システム起動時における水素置換時や、システム停止時の掃気時等の特別な場合に使用するものであるから、第1燃料ガス供給流路を構成する配管32a等に対して、小径の配管で構成することもできる。そして、このような構成にすれば、システム構成を簡易とすることができる。
Further, the second fuel gas supply flow path constituted by the
第1水素排出口12aは、配管36a、パージ弁36を介して、その下流端が外部に連通する配管36bに接続されている。また、配管36aの途中は、配管36cを介してエゼクタ33に接続されており、さらに、配管36cには、エゼクタ33のみへのガスの流通を許容する逆止弁37(逆流防止手段)が設けられている。
The first
パージ弁36は常閉型の弁であり、パージ弁36が閉じていると、第1水素排出口12aを介して排出され、未反応を水素を含むアノードオフガスがエゼクタ33に戻されるようになっている。その結果、水素が循環し、水素の利用効率が高められている。
よって、循環流路(循環配管)は、配管36aの一部と、配管36cとを備えて構成されている。
The
Therefore, the circulation flow path (circulation pipe) includes a part of the
一方、循環する水素に同伴する不純物(水蒸気、窒素等)が増加し、セル電圧モニタ(図示しない)を介して検出される単セル20の電圧が低下した場合、システム起動時においてアノード流路26を水素に置換する場合、システム停止時においてアノード流路26を空気(掃気ガス)に置換する場合、パージ弁36はECU70よって開かれるようになっている。
On the other hand, when impurities (water vapor, nitrogen, etc.) accompanying the circulating hydrogen increase and the voltage of the
そして、このようにパージ弁36が開かれると、アノード流路26及び内部水素排出マニホールド12のガスが、第1水素排出口12a、配管36a、36bを介して、外部に排出されるようになっている。
よって、第1燃料ガス排出流路(第1燃料ガス排出配管)は、配管36a、36bを備えて構成されている。
When the
Therefore, the first fuel gas discharge channel (first fuel gas discharge pipe) is configured to include the
第2水素排出口12bは、配管38a、アシスト排出弁38、配管38b、可変オリフィス39、配管39aを介して、配管36bに接続されている。
そして、前記した水素に置換する場合や、空気に置換する場合、ECU70によって、アシスト排出弁38が開かれ、可変オリフィス39が適宜に制御されると、アノード流路26及び内部水素排出マニホールド12のガスが、第2水素排出口12b、配管38a、配管39aを介して、外部に排出されるようになっている。
すなわち、アノード流路26のガスが、燃料電池スタック10の積層方向において、その両端側から外部に排出可能に設計されている。
The second
When the above-described hydrogen is replaced or the air is replaced by the
In other words, the gas in the
ここで、第2燃料ガス排出流路(第2燃料ガス排出配管)は、配管38a、38b、39aを備えて構成されている。
そして、配管34a、34b、35a等で構成される第2燃料ガス供給流路は、システム起動時における水素置換時や、システム停止時の掃気時等の特別な場合に使用するものであるから、第1燃料ガス排出流路を構成する配管36a等に対して、小径の配管で構成することもできる。そして、このような構成にすれば、システム構成を簡易とすることができる。
Here, the second fuel gas discharge channel (second fuel gas discharge pipe) includes
The second fuel gas supply flow path constituted by the
<カソード系>
カソード系は、コンプレッサ41を備えている。
コンプレッサ41は、配管41aを介して、空気導入口13aに接続されている。そして、ECU70の指令に従ってコンプレッサ41が作動すると、空気が、空気導入口13a、内部空気供給マニホールド13を介して、カソード流路28に供給されるようになっている。なお、配管41aには加湿器(図示しない)が設けられており、燃料電池スタック10に供給される空気が適宜に加湿されるようになっている。
<Cathode system>
The cathode system includes a
The
空気排出口14aは、その下流端が外部に開放された配管41bに接続されている。そして、カソード流路28からのカソードオフガスは、内部空気排出マニホールド14、空気排出口14a、配管41bを介して、配管36bに合流し(図示しない)、アノード系からの水素を希釈しつつ、外部に排出されるようになっている。
The
<掃気系>
掃気系は、常閉型の掃気弁51(掃気手段)を備えている。そして、配管41aの途中は、配管51a、掃気弁51、配管51bを介して、配管32aに接続されている。なお、配管51bは、配管34aの接続位置よりも上流側で配管32aに接続されている。
<Scavenging system>
The scavenging system includes a normally closed scavenging valve 51 (scavenging means). The middle of the
そして、コンプレッサ41が作動したまま、ECU70により掃気弁51が開かれると、掃気ガス(非加湿の空気)が、配管32aに導かれるようになっている。この場合において、アシスト導入弁34が開かれ、可変オリフィス35が適宜に制御されると、掃気ガスが、第1水素導入口11a、第2水素導入口11bを介して、内部水素供給マニホールド11の両側から供給されるようになっている。
なお、掃気とは、燃料電池スタック10内の水蒸気、残留水素等を外部に押し出すことであり、掃気ガスとは掃気を実行するべく、燃料電池スタック10に導入されるガスである。
When the scavenging
Note that scavenging means pushing out water vapor, residual hydrogen, etc. in the
<その他機器>
IG61は、燃料電池自動車及び燃料電池システム1の起動スイッチであり、運転席周りに設けられている。また、IG61はECU70と接続されており、ECU70はIG61のON/OFF信号を検知するようになっている。
<Other equipment>
The
アクセルペダル62(Accelerator Pedal:AP)は、運転者が走行要求に応じて踏み込むペダルであり、運転席の足元に配置されている。そして、アクセルペダル62は、その踏み込み程度に基づいた信号を、ECU70に送り、ECU70はアクセルペダル62の踏み込み量を検知し、踏み込み量に応じて運転者から発電要求を認識するようになっている。
An accelerator pedal 62 (Accelerator Pedal: AP) is a pedal that the driver steps on in response to a travel request, and is disposed at the foot of the driver's seat. Then, the
<ECU>
ECU70は、燃料電池システム1を電子制御する制御装置であり、CPU、ROM、RAM、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種処理を実行するようになっている。ECU70の具体的処理、及び、これによる燃料電池システム1の動作は、後で説明する。
<ECU>
The
≪燃料電池システムの動作・効果−システム起動時≫
図5を参照して、燃料電池システム1の起動時の動作及び効果を説明する。
なお、起動前において、アノード流路26、カソード流路28、内部水素供給マニホールド11、内部水素排出マニホールド12、内部空気供給マニホールド13、及び、内部空気排出マニホールド14には、システム停止中におけるOCVの発生を防止するべく、後記するシステム停止時における掃気により、空気が封入されている。その他、燃料電池スタック10が掃気されたか否かをフラグ等によって一時的に記憶しておき、システム起動前に掃気が実行され、空気が封入されている場合のみ、以下の処理を実行する構成としてもよい。
≪Operation and effect of fuel cell system at system startup≫
With reference to FIG. 5, the operation | movement and effect at the time of starting of the fuel cell system 1 are demonstrated.
Before starting, the
IG61がONされると、IG61のON信号を検知したECU70は、図5の処理を開始する。
ステップS101において、ECU70は、遮断弁32及びパージ弁36を開く。そして、ステップS102において、ECU70は、アシスト導入弁34及びアシスト導入弁34を開く。なお、可変オリフィス35、38は、水素置換を速やかに進めるため、全開に制御することが好ましい。
When the
In step S101, the
そうすると、水素が、水素タンク31から、配管31a、32a、33a、第1水素導入口11aを介して、燃料電池スタック10の前側から後方にむかって、内部水素供給マニホールド11に供給される(図3参照)。また、アシスト導入弁34が開いているので、配管32aを流れる水素は、配管34a、35a、第2水素導入口11bを介して、燃料電池スタック10の後側から前方に向かって、内部水素供給マニホールド11に供給される。すなわち、水素は、積層方向に延びる内部水素供給マニホールド11の両側から中央に向かって、供給される。
Then, hydrogen is supplied from the
そして、このように両側から中央に向かって、内部水素供給マニホールド11を流れる水素は、各単セル20のアノード流路26に均等で流れ込む。これにより、アノード流路26の水素への置換が進み、燃料電池スタック10内の水素濃度は略均等で上昇し始める。
The hydrogen flowing through the internal
また、このとき、パージ弁36が開いているので、アノード流路26の空気は、内部水素排出マニホールド12、第1水素排出口12a、配管36a、配管36bを介して外部に排出される。さらに、アシスト排出弁38も開いているので、アノード流路26の空気は、内部水素排出マニホールド12、第2水素排出口12b、配管38a、配管38b、配管39aを介して外部に排出される。すなわち、アノード流路26の空気は、内部水素排出マニホールド12の両側から外部に排出される。
At this time, since the
そして、このように内部水素排出マニホールド12の両側から排出されるので、各アノード流路26の空気は、内部水素排出マニホールド12に均等で流れ込みやすくなる。その結果、各アノード流路26における水素置換が略均等に進み、水素置換に要する時間を短縮することができる。
Since the exhaust gas is discharged from both sides of the internal
ステップS103において、ECU70は、アシスト導入弁34及びアシスト排出弁38に近く、これらを介して水素が供給、空気が排出されやすいアノード流路26に配置された水素センサ19の検出する水素濃度C12が、基準水素濃度C0以上であるか否かを判定する。基準水素濃度C0は、システム起動時における水素置換が完了されたと判断される水素濃度であり、事前試験等により求められ、ECU70に予め記憶されている。
In step S103, the
水素濃度C12が基準水素濃度C0以上であると判定された場合(S103・Yes)、ECU70の処理はステップS104に進む。一方、水素濃度C12が基準水素濃度C0以上でないと判定された場合(S103・No)、ECU70の処理はステップS103の判定を繰り返す。
When it is determined that the hydrogen concentration C12 is equal to or higher than the reference hydrogen concentration C0 (S103 / Yes), the process of the
ステップS104において、ECU70は、アシスト導入弁34及びアシスト排出弁38を閉じる。
In step S104, the
ステップS105において、ECU70は、アシスト導入弁34及びアシスト排出弁38から遠いアノード流路26に配置された水素センサ18の検出する水素濃度C11が、基準水素濃度C0以上であるか否かを判定する。
In step S105, the
水素濃度C11が基準水素濃度C0以上であると判定された場合(S105・Yes)、ECU70の処理は、ステップS106に進む。一方、水素濃度C11が基準水素濃度C0以上でないと判定された場合(S105・No)、ECU70の処理はステップS105の判定を繰り返す。
When it is determined that the hydrogen concentration C11 is equal to or higher than the reference hydrogen concentration C0 (S105 / Yes), the process of the
ステップS106において、ECU70、パージ弁36を閉じる。これにより、各アノード流路26は、基準水素濃度C0以上の水素に置換される。
その後、エンドに進み、ECU70は、電圧センサ(図示しない)を介して、燃料電池スタック10のOCVが予め定められた所定OCV以上であることを確認した後、燃料電池スタック10と外部回路とを接続し、発電要求に応じて燃料電池スタック10を発電させる。
In step S106, the
Thereafter, the
≪燃料電池システムの動作・効果−システム停止時≫
次に、図6を参照して、燃料電池システム1の停止時の動作及び効果を説明する。なお、IG61がOFFされると図6の処理が開始する。
≪Operation and effect of fuel cell system-When system is shut down≫
Next, with reference to FIG. 6, the operation | movement and effect at the time of the stop of the fuel cell system 1 are demonstrated. Note that when the
ステップS201において、ECU70は、コンプレッサ41を作動させたまま、遮断弁32を閉じ、パージ弁36を開く。
In step S <b> 201, the
ステップS202において、ECU70は、掃気弁51を開く。そうすると、コンプレッサ41からの掃気ガス(非加湿の空気)が、カソード流路28だけでなく、配管51a、51bを介して、アノード系に導かれる。
ただし、掃気弁51を開くタイミングや、掃気を開始するタイミングについては、特に限定はなく、IG61のOFF後、連続して掃気を開始してもよいし、その他、IG61のOFF後、外気温センサ(図示しない)を介して検出される外気温が、掃気を開始すべき温度(例えば0℃)に低下した場合、掃気を開始する構成としてもよい。
In step S202, the
However, the timing for opening the scavenging
ステップS203において、ECU70は、アシスト導入弁34及びアシスト排出弁38を開く。そうすると、配管51a、51bを介して導かれた掃気ガスが、内部水素供給マニホールド11の両側から供給され、そして、各単セル20のアノード流路26に供給される。これに並行して、各アノード流路26の水素、水蒸気等は、内部水素排出マニホールド12の両側から外部に排出される。
このように積層方向において、その両側から掃気ガスが導入され、アノード流路26のガスは両側から排出されるので、アノード流路26の掃気が速やかに進む。なお、掃気を速やかに進めるべく、掃気中において、可変オリフィス35、39は全開に制御することが好ましい。
In step S203, the
In this way, scavenging gas is introduced from both sides in the stacking direction, and the gas in the
ステップS204において、ECU70は、水素センサ19を介して検出される水素濃度C12が、残留水素が好適に排出され、掃気が完了したと判断される基準水素濃度C1以下であるか否かを判定する。なお、基準水素濃度C1は、事前試験等により求められ、予めECU70に記憶されている。
In step S204, the
水素濃度C11が基準水素濃度C1以下であると判定された場合(S204・Yes)、ECU70の処理はステップS205に進む。
一方、水素濃度C11が基準水素濃度C1以下でないと判定された場合(S204・No)、ECU70の処理はステップS204の判定を繰り返す。
When it is determined that the hydrogen concentration C11 is equal to or less than the reference hydrogen concentration C1 (S204 / Yes), the process of the
On the other hand, when it is determined that the hydrogen concentration C11 is not less than or equal to the reference hydrogen concentration C1 (S204, No), the processing of the
ステップS205において、ECU70は、アシスト導入弁34及びアシスト排出弁38を閉じる。
In step S205, the
ステップS206において、ECU70は、水素センサ18を介して検出される水素濃度C11が、基準水素濃度C1以下であるか否かを判定する。
水素濃度C11が基準水素濃度C1以下であると判定された場合(S206・Yes)、ECU70の処理はステップS207に進む。一方、水素濃度C11が基準水素濃度C1以下でないと判定された場合(S206・No)、ECU70の処理はステップS206の判定を繰り返す。
In step S206, the
When it is determined that the hydrogen concentration C11 is equal to or lower than the reference hydrogen concentration C1 (S206 / Yes), the process of the
ステップS207において、ECU70は、パージ弁36及び掃気弁51を閉じ、コンプレッサ41を停止する。
その後、ECU70の処理は、エンドに進み、システム停止時の制御を終了する。
In step S207, the
Thereafter, the process of the
≪通常発電時における発電要求の増加≫
次に、図7を参照して、通常発電時(通常走行時)において、例えば、アクセルペダル62が急に踏み込まれ、燃料電池スタック10に対する発電要求が急に増加する場合について説明する。
≪Increase in power generation demand during normal power generation≫
Next, with reference to FIG. 7, a description will be given of a case where, for example, the
ステップS301において、ECU70は、アクセルペダル62の単位時間当たりの踏み込み変化量Δθ11が、基準踏み込み変化量Δθ1以上であるか否かを判定する。なお、基準踏み込み変化量Δθ1は、アシスト導入弁34及びアシスト排出弁38を開くべき基準値であり、事前試験等により求められ、予めECU70に記憶されている。
In step S301, the
踏み込み変化量Δθ11が基準踏み込み変化量Δθ1以上であると判定された場合(S301・Yes)、ECU70の処理はステップS302に進む。一方、踏み込み変化量Δθ11が基準踏み込み変化量Δθ1以上でないと判定された場合(S301・No)、ECU70の処理はステップS304に進む。
When it is determined that the stepping change amount Δθ11 is greater than or equal to the reference stepping change amount Δθ1 (Yes in S301), the process of the
ステップS302において、ECU70は、アシスト導入弁34及びアシスト排出弁38を開く。そうすると、水素が、内部水素供給マニホールド11の両側から供給され、アノードオフガスが内部水素排出マニホールド12の両側から排出される。これにより、各アノード流路26に水素が供給されやすくなり、各単セル20において水素不足が発生しにくくなる。したがって、燃料電池スタック10の発電電力を、アクセルペダル62の踏み込み量に応じて、急に高めることが可能となる。
In step S302, the
ステップS303において、ECU70は、踏み込み変化量Δθ11に基づいて、詳細には、踏み込み変化量Δθ11が大きくなるにつれて、可変オリフィス35、38の開度を大きくする。これにより、各アノード流路26に給排される水素の量を適切にすることができる。
その後、ECU70の処理は、リターンを経由して、スタートに戻る。
In step S303, the
Thereafter, the processing of the
ステップS304において、ECU70は、アシスト導入弁34及びアシスト排出弁38を閉じる。
その後、ECU70の処理は、リターンを経由して、スタートに戻る。
In step S304, the
Thereafter, the processing of the
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば次のように変更することができる。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, For example, it can change as follows in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
前記した実施形態では、燃料電池スタック10に2系統で水素を供給し、燃料電池スタック10から2系統でアノードオフガスを排出する燃料電池システム1を例示したが、水素供給側、又は、アノードオフガス排出側のみを2系統とした燃料電池システムでもよい。
また、本発明を、空気を給排するカソード系に適用してもよい。すなわち、燃料電池スタック10に2系統で空気を供給し、燃料電池スタック10から2系統で空気(カソードオフガス)を排出する構成としてもよい。
In the above-described embodiment, the fuel cell system 1 that supplies hydrogen to the
Further, the present invention may be applied to a cathode system that supplies and discharges air. That is, a configuration may be adopted in which air is supplied to the
前記した実施形態に係るシステム起動時の水素置換では、水素センサ18、19が検出する水素濃度C11、C12がそれぞれ基準水素濃度C0以上となった場合、アシスト導入弁34及びアシスト排出弁38を閉じる構成としたが、その他に例えば、アシスト導入弁34及びアシスト排出弁38の少なくとも一方を閉じる構成としてもよい。
In the hydrogen replacement at the time of system startup according to the above-described embodiment, the
前記した実施形態では、配管34a、35bを備えて構成される第2燃料ガス供給流路を流れるガスの流量を制御する流量制御手段が、常閉型のアシスト導入弁34と、可変オリフィス35とを備えて構成される場合を例示したが、その他に、バタフライ弁や、ニードル弁等によって構成してもよい。
配管38a、38b、39aを備えて構成される第2燃料ガス排出流路を流れるガスの流量を制御する流量制御手段についても、同様である。
In the above-described embodiment, the flow rate control means for controlling the flow rate of the gas flowing through the second fuel gas supply flow path configured to include the
The same applies to the flow rate control means for controlling the flow rate of the gas flowing through the second fuel gas discharge flow path constituted by including the
前記した実施形態では、燃料電池システム1が燃料電池自動車に搭載された場合を例示したが、その他に例えば、自動二輪車、列車、船舶に搭載された燃料電池システムに組み込んでもよい。また、家庭用の据え置き型の燃料電池システムや、給湯システムに組み込まれた燃料電池システムでもよい。 In the above-described embodiment, the case where the fuel cell system 1 is mounted on a fuel cell vehicle is illustrated. However, for example, the fuel cell system 1 may be incorporated in a fuel cell system mounted on a motorcycle, a train, or a ship. Moreover, a stationary fuel cell system for home use or a fuel cell system incorporated in a hot water supply system may be used.
1 燃料電池システム
10 燃料電池スタック
11 内部水素供給マニホールド(内部燃料ガス供給流路)
11a 第1水素導入口
11b 第2水素導入口
12 内部水素排出マニホールド(内部燃料ガス排出流路)
12a 第1水素排出口
12b 第2水素排出口
13 内部空気供給マニホールド(内部酸化剤ガス供給流路)
13a 空気導入口
14 内部空気排出マニホールド(内部酸化剤ガス排出流路)
14a 空気排出口
18、19 水素センサ(濃度検出手段)
20 単セル
21 MEA(膜電極接合体)
23 アノード
24 カソード
25 アノードセパレータ
26 アノード流路(燃料ガス流路)
27 カソードセパレータ
28 カソード流路(酸化剤ガス流路)
31 水素タンク(燃料ガス源)
31a、32a、33a 配管(第1燃料ガス供給流路)
34a、34b、35a 配管(第2燃料ガス供給流路)
33 エゼクタ
34 アシスト導入弁(流量制御手段)
35 可変オリフィス(流量制御手段)
36a、36b 配管(第1燃料ガス排出流路)
38a、38b、39a 配管(第2燃料ガス排出流路)
36c 配管(循環流路)
38 アシスト排出弁(流量制御手段)
39 可変オリフィス(流量制御手段)
51 掃気弁
70 ECU
C0、C1 基準水素濃度(所定燃料ガス濃度)
C11、C12 水素濃度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
11a
12a First
20
23
27
31 Hydrogen tank (fuel gas source)
31a, 32a, 33a Piping (first fuel gas supply channel)
34a, 34b, 35a Piping (second fuel gas supply channel)
33
35 Variable orifice (flow control means)
36a, 36b Piping (first fuel gas discharge flow path)
38a, 38b, 39a Piping (second fuel gas discharge flow path)
36c Piping (circulation flow path)
38 Assist discharge valve (flow control means)
39 Variable orifice (flow control means)
51
C0, C1 standard hydrogen concentration (predetermined fuel gas concentration)
C11, C12 Hydrogen concentration
Claims (5)
その内部であってその積層方向に、前記各単セルの燃料ガス流路に燃料ガスを分配供給する内部燃料ガス供給流路と、前記各単セルの燃料ガス流路から燃料ガスを集合排出する内部燃料ガス排出流路とを有し、
前記内部燃料ガス供給流路は、その一端側の第1燃料ガス導入口と、その他端側の第2燃料ガス導入口とで、外部に開口している燃料電池スタックと、
燃料ガス源と前記第1燃料ガス導入口とを接続する第1燃料ガス供給流路と、
前記第1燃料ガス供給流路から分岐し、前記第2燃料ガス導入口に接続する第2燃料ガス供給流路と、
前記第2燃料ガス供給流路を流れるガスの流量を制御する流量制御手段と、
を備える
ことを特徴とする燃料電池システム。 It is configured by laminating a plurality of single cells having fuel gas flow paths for supplying and discharging fuel gas to the anode of the membrane electrode assembly,
An internal fuel gas supply channel that distributes and supplies the fuel gas to the fuel gas channel of each unit cell, and the fuel gas is collectively discharged from the fuel gas channel of each unit cell in the stacking direction inside the unit cell. An internal fuel gas discharge channel,
The internal fuel gas supply channel has a first fuel gas inlet at one end and a second fuel gas inlet at the other end, and a fuel cell stack that opens to the outside,
A first fuel gas supply channel connecting a fuel gas source and the first fuel gas inlet;
A second fuel gas supply channel branched from the first fuel gas supply channel and connected to the second fuel gas inlet;
Flow rate control means for controlling the flow rate of the gas flowing through the second fuel gas supply flow path;
A fuel cell system comprising:
前記内部燃料ガス排出流路から排出されたガスを、前記エゼクタを介して前記第1燃料ガス供給流路に戻す循環流路と、
を備え、
前記第2燃料ガス供給流路の上流端は、前記エゼクタよりも上流の前記第1燃料ガス供給流路に接続されている
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 An ejector disposed in the first fuel gas supply flow path;
A circulation flow path for returning the gas discharged from the internal fuel gas discharge flow path to the first fuel gas supply flow path via the ejector;
With
The fuel cell system according to claim 1, wherein an upstream end of the second fuel gas supply flow path is connected to the first fuel gas supply flow path upstream of the ejector.
その内部であってその積層方向に、前記各単セルの燃料ガス流路に燃料ガスを分配供給する内部燃料ガス供給流路と、前記各単セルの燃料ガス流路から燃料ガスを集合排出する内部燃料ガス排出流路とを有し、
前記内部燃料ガス排出流路は、その一端側の第1燃料ガス排出口と、その他端側の第2燃料ガス排出口とで、外部に開口している燃料電池スタックと、
前記第1燃料ガス排出口に接続し、前記内部燃料ガス排出流路からの燃料ガスが流れる第1燃料ガス排出流路と、
前記第2燃料ガス排出口に接続すると共に、前記第1燃料ガス排出流路に接続し、前記内部燃料ガス排出流路からの燃料ガスを、当該第1燃料ガス排出流路に合流させる第2燃料ガス排出流路と、
前記第2燃料ガス排出流路を流れるガスの流量を制御する流量制御手段と、
を備える
ことを特徴とする燃料電池システム。 It is configured by laminating a plurality of single cells having fuel gas flow paths for supplying and discharging fuel gas to the anode of the membrane electrode assembly,
An internal fuel gas supply channel that distributes and supplies the fuel gas to the fuel gas channel of each unit cell, and the fuel gas is collectively discharged from the fuel gas channel of each unit cell in the stacking direction inside the unit cell. An internal fuel gas discharge channel,
The internal fuel gas discharge flow path has a first fuel gas discharge port on one end side and a second fuel gas discharge port on the other end side, and a fuel cell stack opened to the outside,
A first fuel gas discharge channel connected to the first fuel gas discharge port, through which fuel gas from the internal fuel gas discharge channel flows;
A second fuel gas is connected to the second fuel gas discharge port, connected to the first fuel gas discharge channel, and a second fuel gas from the internal fuel gas discharge channel is joined to the first fuel gas discharge channel. A fuel gas discharge channel;
Flow rate control means for controlling the flow rate of the gas flowing through the second fuel gas discharge channel;
A fuel cell system comprising:
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 When the start of the fuel cell stack is instructed, when replacing each fuel gas flow path with fuel gas, the flow rate control means controls the gas to flow through the inside. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3.
前記流量制御手段は、前記濃度検出手段が検出する燃料ガス濃度が所定燃料ガス濃度になるように、その内部を通るガスの流量を制御する
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 Concentration detection means for detecting the fuel gas concentration in the fuel cell stack,
The flow rate control means controls the flow rate of the gas passing through the inside so that the fuel gas concentration detected by the concentration detection means becomes a predetermined fuel gas concentration. The fuel cell system according to claim 1.
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2007
- 2007-08-22 JP JP2007216281A patent/JP2009048945A/en active Pending
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