JP2009117044A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
近年、反応ガスである燃料ガスと酸化ガスの電気化学反応によって発電する燃料電池をエネルギ源として用いる燃料電池システムの開発が行われている。このような燃料電池システムでは、安定して発電を行わせるために、燃料電池のアノード極から、窒素、水素等の不純物を適宜排出させる必要がある。しかしながら、アノード極から排出される水素オフガスには、未反応の水素が含まれてしまうため、水素オフガスを外部に排出する際には水素を可燃限界以下に希釈する必要がある。従来、水素を可燃限界以下に希釈させるために、各種の水素低濃度化処理が行われている。例えば、下記特許文献1に記載の燃料電池システムでは、水素オフガスに含まれる水素の濃度を低下させるために、触媒燃焼器を用いた水素低濃度化処理が行われている。
ところで、触媒燃焼器を用いた水素低濃度化処理では、触媒燃焼器の湿度が高くなりすぎると、触媒の表面に水分が付着してしまい、触媒が水素と反応できなくなる。これにより、触媒燃焼器で燃料オフガスに含まれる水素の濃度を低下させることができなくなってしまう。 By the way, in the hydrogen concentration reduction process using the catalyst combustor, if the humidity of the catalyst combustor becomes too high, moisture adheres to the surface of the catalyst, and the catalyst cannot react with hydrogen. As a result, the concentration of hydrogen contained in the fuel off-gas cannot be reduced by the catalytic combustor.
本発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、燃料オフガスに含まれる燃料の濃度を効率よく低下させることができる燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems caused by the prior art, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of efficiently reducing the concentration of fuel contained in fuel offgas.
上述した課題を解決するため、本発明に係る燃料電池システムは、反応ガスである酸化ガスおよび燃料ガスの供給を受けて当該反応ガスの電気化学反応により電力を発生する燃料電池と、酸化ガスを燃料電池に供給する複数のコンプレッサと、燃料電池から排出される燃料オフガスに含まれる燃料を、触媒を用いて燃焼させる触媒燃焼器と、を備え、上記複数のコンプレッサは、酸化ガスを燃料電池に供給するための流路上に直列に設けられ、上記触媒燃焼器は、複数のコンプレッサ間に設けられることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell that receives supply of an oxidizing gas and a fuel gas, which are reactive gases, and generates electric power through an electrochemical reaction of the reactive gas, and an oxidizing gas. A plurality of compressors that supply the fuel cell; and a catalyst combustor that uses a catalyst to combust the fuel contained in the fuel off-gas discharged from the fuel cell, the plurality of compressors supplying the oxidizing gas to the fuel cell. The catalyst combustor is provided in series on a supply flow path, and the catalyst combustor is provided between a plurality of compressors.
この発明によれば、触媒燃焼器の上流側に設けられるコンプレッサから送り込まれる酸化ガスで触媒燃焼器内の触媒を乾燥させることができるため、燃料と触媒の反応を促進させることができる。また、触媒燃焼器の下流側に設けられるコンプレッサにより、燃料電池に供給される酸化ガスの圧力を高めることができるため、酸化ガスの逆流を防止することができる。 According to the present invention, the catalyst in the catalytic combustor can be dried with the oxidizing gas sent from the compressor provided on the upstream side of the catalytic combustor, so that the reaction between the fuel and the catalyst can be promoted. Further, since the pressure of the oxidant gas supplied to the fuel cell can be increased by the compressor provided on the downstream side of the catalyst combustor, the backflow of the oxidant gas can be prevented.
上記燃料電池システムにおいて、上記触媒燃焼器内の温度を検出する温度センサと、温度センサにより検出される温度が、所定の温度以下である場合に、複数のコンプレッサのうち、少なくとも触媒燃焼器の上流側に設けられたコンプレッサから供給される酸化ガスの流量を増加させる流量制御手段と、をさらに備えることができる。 In the fuel cell system, when a temperature sensor that detects a temperature in the catalytic combustor and a temperature detected by the temperature sensor is equal to or lower than a predetermined temperature, at least upstream of the catalytic combustor among the plurality of compressors. And a flow rate control means for increasing the flow rate of the oxidizing gas supplied from the compressor provided on the side.
これにより、温度センサにより検出された温度が所定の温度以下になった場合には、触媒燃焼器の上流側に設けられたコンプレッサから供給される酸化ガスの流量を増すことができるため、触媒燃焼器内の温度が低下して触媒が水で覆われた場合であっても、コンプレッサから供給される酸化ガスで触媒を乾燥させることができる。 As a result, when the temperature detected by the temperature sensor falls below a predetermined temperature, the flow rate of the oxidizing gas supplied from the compressor provided upstream of the catalytic combustor can be increased. Even when the temperature in the vessel is lowered and the catalyst is covered with water, the catalyst can be dried with the oxidizing gas supplied from the compressor.
上記燃料電池システムにおいて、上記所定の温度は、触媒が燃料と反応することができなくなる温度に設定することができる。 In the fuel cell system, the predetermined temperature can be set to a temperature at which the catalyst cannot react with the fuel.
これにより、触媒燃焼器内の温度が、触媒が燃料と反応することができなくなる温度以下になったときに、触媒燃焼器の上流側に設けられたコンプレッサから供給される酸化ガスの流量を増加させることができる。 This increases the flow rate of the oxidizing gas supplied from the compressor provided on the upstream side of the catalytic combustor when the temperature in the catalytic combustor falls below the temperature at which the catalyst cannot react with the fuel. Can be made.
上記燃料電池システムにおいて、上記燃料オフガスに含まれる水分量を算出する水分量算出手段と、水分量算出手段により算出される水分量が、所定の水分量以上である場合に、複数のコンプレッサのうち、少なくとも触媒燃焼器の上流側に設けられたコンプレッサから供給される酸化ガスの流量を増加させる流量制御手段と、をさらに備えることができる。 In the fuel cell system, when the moisture amount calculating means for calculating the moisture amount contained in the fuel off-gas and the moisture amount calculated by the moisture amount calculating means are equal to or greater than a predetermined moisture amount, And a flow rate control means for increasing the flow rate of the oxidizing gas supplied from a compressor provided at least on the upstream side of the catalytic combustor.
これにより、燃料オフガスに含まれる水分量が所定の水分量以上になった場合には、触媒燃焼器の上流側に設けられたコンプレッサから供給される酸化ガスの流量を増すことができるため、燃料オフガスに含まれる水分量が増加して触媒が水で覆われた場合であっても、コンプレッサから供給される酸化ガスで触媒を乾燥させることができる。 As a result, when the amount of water contained in the fuel off-gas exceeds a predetermined amount of water, the flow rate of the oxidizing gas supplied from the compressor provided upstream of the catalytic combustor can be increased. Even when the amount of water contained in the off-gas increases and the catalyst is covered with water, the catalyst can be dried with the oxidizing gas supplied from the compressor.
上記燃料電池システムにおいて、上記所定の水分量は、触媒が燃料と反応することができなくなる水分量に設定することができる。 In the fuel cell system, the predetermined moisture amount can be set to a moisture amount at which the catalyst cannot react with the fuel.
これにより、燃料オフガスに含まれる水分量が、触媒が燃料と反応することができなくなる水分量以上になったときに、触媒燃焼器の上流側に設けられたコンプレッサから供給される酸化ガスの流量を増加させることができる。 As a result, the flow rate of the oxidizing gas supplied from the compressor provided on the upstream side of the catalyst combustor when the amount of water contained in the fuel off-gas is equal to or higher than the amount of water that prevents the catalyst from reacting with the fuel. Can be increased.
上記燃料電池システムにおいて、上記燃料オフガスから水分を回収する気液分離器を、さらに備え、触媒燃焼器は、気液分離器から排出される燃料オフガスに含まれる燃料を、触媒を用いて燃焼させることができる。 The fuel cell system further includes a gas-liquid separator that recovers moisture from the fuel off-gas, and the catalytic combustor burns fuel contained in the fuel off-gas discharged from the gas-liquid separator using the catalyst. be able to.
このようにすることで、水分が回収された後の乾燥した燃料オフガスを触媒燃焼器に流入させることができる。 By doing in this way, the dry fuel off gas after the water | moisture content was collect | recovered can be made to flow in a catalyst combustor.
上記燃料電池システムにおいて、上記気液分離器によって回収された水分を、触媒燃焼器の下流側、かつ、いずれかのコンプレッサの上流側に流入させることができる。 In the fuel cell system, the water recovered by the gas-liquid separator can flow into the downstream side of the catalytic combustor and the upstream side of one of the compressors.
このようにすることで、加湿モジュールを備えることなく、酸化ガスを最適に加湿させることができる。 By doing in this way, oxidizing gas can be optimally humidified, without providing a humidification module.
本発明によれば、燃料オフガスに含まれる燃料の濃度を効率よく低下させることができる。 According to the present invention, the concentration of the fuel contained in the fuel off gas can be efficiently reduced.
以下、添付図面を参照して、本発明に係る燃料電池システムの好適な実施形態について説明する。本実施形態では、本発明に係る燃料電池システムを燃料電池車両(FCHV;Fuel Cell Hybrid Vehicle)の車載発電システムとして用いた場合について説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a fuel cell system according to the invention will be described with reference to the accompanying drawings. This embodiment demonstrates the case where the fuel cell system which concerns on this invention is used as a vehicle-mounted power generation system of a fuel cell vehicle (FCHV; Fuel Cell Hybrid Vehicle).
本実施形態における燃料電池システムは、燃料電池から排出される燃料オフガスを、複数のコンプレッサ間に配置されたコンバスタ(触媒燃焼器)に流入させることで、コンバスタに含まれる触媒を乾燥させ、触媒と燃料との反応を促進させることを特徴とする。以下に、このような特徴を有する燃料電池システムの構成および動作について詳細に説明する。 In the fuel cell system according to the present embodiment, the fuel off-gas discharged from the fuel cell is caused to flow into a combustor (catalytic combustor) disposed between a plurality of compressors, thereby drying the catalyst contained in the combustor, It is characterized by promoting the reaction with fuel. Hereinafter, the configuration and operation of the fuel cell system having such characteristics will be described in detail.
まず、図1を参照して、本実施形態における燃料電池システムの構成について説明する。図1は、本実施形態における燃料電池システムを模式的に示した構成図である。 First, the configuration of the fuel cell system in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a fuel cell system in the present embodiment.
同図に示すように、燃料電池システム1は、反応ガスである酸化ガスと燃料ガスの電気化学反応により電力を発生する燃料電池2と、酸化ガスとしての空気を燃料電池2に供給する酸化ガス配管系3と、燃料ガスとしての水素を燃料電池2に供給する水素ガス配管系4と、システム全体を統括制御する制御部5とを有する。
As shown in FIG. 1, a fuel cell system 1 includes a
燃料電池2は、反応ガスの供給を受けて発電する複数の単セルを積層したスタック構造により構成される。燃料電池2には、燃料電池2の出力電流を検出する電流センサAと、燃料電池2の出力電圧を検出する電圧センサVとが設けられている。
The
酸化ガス配管系3は、フィルタ30を介して取り込まれた空気を圧縮し、酸化ガスとしての圧縮空気を送出する第一コンプレッサ31および第二コンプレッサ32と、第一コンプレッサ31および第二コンプレッサ32の間に配置されたコンバスタ33と、酸化ガスを燃料電池2に供給するための空気供給流路34と、燃料電池2から排出された酸化オフガスを排出するための空気排出流路35とを有する。
The oxidizing gas piping system 3 compresses the air taken in through the
コンバスタ33を第一コンプレッサ31と第二コンプレッサ32との間に配置することで、以下のような効果が得られる。まず、コンバスタ33の上流側に第一コンプレッサ31を設けることで、第一コンプレッサ31からコンバスタ33に送り込まれる酸化ガスでコンバスタ33内の触媒を乾燥させることができ、触媒の反応を促進させることができる。また、コンバスタ33の下流側に第二コンプレッサ32を設けることで、空気供給流路34から燃料電池2に供給される酸化ガスの圧力を容易に高めることができるため、酸化ガスの逆流を防止することができる。
By arranging the combustor 33 between the
なお、コンプレッサは、上述した二つのコンプレッサに限定されることはなく、三つ以上のコンプレッサを設けることとしてもよい。この場合に、コンバスタ33は、燃料電池2の上流側において、これら複数のコンバスタのうちのいずれかのコンバスタ間に設けることとすればよい。
The compressor is not limited to the two compressors described above, and three or more compressors may be provided. In this case, the combustor 33 may be provided between any one of the plurality of combustors on the upstream side of the
空気供給流路34および空気排出流路35には、第二コンプレッサ32から圧送された酸化ガスを、燃料電池2から排出された酸化オフガスを用いて加湿する加湿器36(加湿モジュール)が設けられている。この加湿器36で水分交換等された酸化オフガスは、最終的に排ガスとしてシステム外の大気中に排気される。また、コンバスタ33には、コンバスタ33内の温度を検出する温度センサTが設けられている。さらに、第一コンプレッサ31および第二コンプレッサ32のそれぞれの下流側には、空気供給流路34の圧力を検出する圧力センサP1およびP2がそれぞれ設けられている。
The
水素ガス配管系4は、高圧の水素ガスを貯留した燃料供給源としての水素タンク40と、水素タンク40の水素ガスを燃料電池2に供給するための燃料供給流路としての水素供給流路41と、燃料電池2から排出された水素オフガスをコンバスタ33に流入させるための水素オフガス流路42とを有する。なお、水素ガス配管系4は、本発明における燃料供給系の一実施形態である。本実施形態における水素タンク40に代えて、例えば、水蒸気を利用して炭化水素系燃料を水素リッチな燃料ガスに改質する改質器と、この改質器で改質された燃料ガスを高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクとを燃料供給源として採用することができる。また、水素吸蔵合金を有するタンクを燃料供給源として採用することもできる。
The hydrogen gas piping system 4 includes a
水素供給流路41には、水素タンク40からの水素ガスの供給を遮断または許容する主止弁43と、水素ガスの圧力を予め設定した二次圧に調圧するレギュレータ44とが設けられている。
The
水素オフガス流路42には、気液分離器46および排気排水弁47を介して排出流路48が接続されている。気液分離器46は、水素オフガスから水分を回収し、乾燥した水素オフガスをコンバスタ33に流出する。排気排水弁47は、制御部5からの指令に従って、気液分離器46で回収された水分を排出流路48に排出する。水素オフガス流路42には、燃料電池2からの水素オフガスの排出を遮断または許容する排出弁45が設けられている。また、気液分離器46の下流側には、水素オフガス流路42の圧力を検出する圧力センサP3が設けられている。
A
制御部5は、燃料電池車両に設けられた加速操作部材(例えば、アクセル)の操作量をセンサによって検出し、加速要求値(例えば、トラクションモータ等の電力消費装置からの要求発電量)等の制御情報を受けて、システム内の各種機器の動作を制御する。なお、電力消費装置には、トラクションモータの他に、例えば、燃料電池2を作動させるために必要な補機装置(例えば、コンプレッサのモータ等)、車両の走行に関与する各種装置(変速機、車輪制御装置、操舵装置、懸架装置等)で使用されるアクチュエータ、乗員空間の空調装置(エアコン)、照明、オーディオ等が含まれる。
The
制御部5は、温度センサTにより検出された温度が、所定の温度以下である場合に、第一コンプレッサ31から供給される酸化ガスの流量を、通常時に供給される流量よりも増加させる。所定の温度としては、例えば、触媒が水素と反応することができなくなる温度が該当する。これは、コンバスタ33の温度が所定の温度以下になると、同じ水分量であっても温度が高いときに比べて触媒が水で覆われやすくなり、水素との反応が鈍くなってしまうため、そのような状況に陥ると想定される場合には、第一コンプレッサ31から供給される酸化ガスの流量を増加させて、触媒を乾燥させることとしたものである。
When the temperature detected by the temperature sensor T is equal to or lower than a predetermined temperature, the
制御部5は、酸化ガスの流量を増加させた後に、温度センサTにより検出された温度が、所定の流量増加解除温度よりも高くなった場合に、第一コンプレッサ31から供給される酸化ガスの流量を、通常時に供給される流量に戻す。なお、所定の流量増加解除温度は、上述した所定の温度よりも高い温度に設定することが好ましい。
After increasing the flow rate of the oxidizing gas, the
制御部5は、水素オフガスに含まれる水分量を算出し、算出した水分量が、所定の水分量以上である場合に、第一コンプレッサ31から供給される酸化ガスの流量を、通常時に供給される流量よりも増加させる。所定の水分量としては、例えば、触媒が水素と反応することができなくなる水分量が該当する。水素オフガスに含まれる水分量は、例えば、燃料電池2の発電量に対応する水素の化学反応量を用いることで算出することができる。これは、水分量が所定の水分量以上になると、触媒が水で覆われてしまい水素との反応が鈍くなってしまうため、そのような状況に陥ると想定される場合には、第一コンプレッサ31から供給される酸化ガスの流量を増加させて触媒を乾燥させることとしたものである。
The
制御部5は、酸化ガスの流量を増加させた後に、水素オフガスに含まれる水分量を算出し、算出した水分量が、所定の流量増加解除水分量未満になった場合に、第一コンプレッサ31から供給される酸化ガスの流量を、通常時に供給される流量に戻す。なお、所定の流量増加解除水分量は、上述した所定の水分量よりも少量に設定することが好ましい。
After increasing the flow rate of the oxidizing gas, the
制御部5は、水素オフガスが排出される際に、第一コンプレッサ31および第二コンプレッサ32から供給される酸化ガスの流量を、通常時に供給される流量よりも増加させる。水素オフガスは、水素オフガス流路42の排出弁45が開かれているときに排出される。これは、水素オフガスが排出されると、燃料電池2での発電に必要な酸素量が減少するため、水素オフガスが排出されているときに第一コンプレッサ31および第二コンプレッサ32から供給される酸化ガスの流量を増加させることとしたものである。
When the hydrogen off-gas is discharged, the
制御部5は、酸化ガスの流量を増加させた後に、水素オフガス流路42の排出弁45が閉じられた場合に、第一コンプレッサ31および第二コンプレッサ32から供給される酸化ガスの流量を、通常時に供給される流量に戻す。
The
制御部5は、各圧力センサP1〜P3によって検出される圧力が、P1の圧力<P3の圧力<P2の圧力となるように酸化ガスおよび水素オフガスの流量を制御する。
The
ここで、制御部5は、物理的には、例えば、CPUと、CPUで処理される制御プログラムや制御データを記憶するROMと、主として制御処理のための各種作業領域として使用されるRAMと、入出力インターフェースとを有する。これらの要素は、互いにバスを介して接続されている。入出力インターフェースには、圧力センサP1〜P3、温度センサT、電流センサAおよび電圧センサV等の各種センサが接続されているとともに、第一コンプレッサ31、第二コンプレッサ32、主止弁43、排出弁45および排気排水弁47等を駆動させるための各種ドライバが接続されている。
Here, the
CPUは、ROMに記憶された制御プログラムに従って、入出力インターフェースを介して圧力センサP1〜P3や温度センサT等における各種の検出結果を受信し、RAM内の各種データ等を用いて処理することで、燃料電池システム1における酸化ガスおよび水素オフガスの流量を制御する。また、CPUは、入出力インターフェースを介して各種ドライバに制御信号を出力することにより、燃料電池システム1全体を制御する。 The CPU receives various detection results in the pressure sensors P1 to P3, the temperature sensor T, and the like via the input / output interface according to a control program stored in the ROM, and processes them using various data in the RAM. The flow rates of the oxidizing gas and the hydrogen off gas in the fuel cell system 1 are controlled. Further, the CPU controls the entire fuel cell system 1 by outputting control signals to various drivers via the input / output interface.
次に、図3に示すフローチャートを用いて、本実施形態の燃料電池システムにおける酸化ガス流量制御処理について説明する。この酸化ガス流量制御処理は、イグニッションキーをONにしてからOFFにするまでの間に繰り返し行われる。 Next, the oxidizing gas flow rate control process in the fuel cell system of the present embodiment will be described using the flowchart shown in FIG. This oxidizing gas flow rate control process is repeatedly performed from when the ignition key is turned on to when it is turned off.
最初に、制御部5は、温度センサTにより検出された温度が所定温度以下であるか否か、水素オフガスに含まれる水分量が所定水分量以上であるか否か、水素オフガス流路42の排出弁45が開弁されたか否かを判定する(ステップS1)。この判定に含まれる全ての要件に対してNOが成立する場合(ステップS1;NO)には、ステップS1の処理を繰り返す。
First, the
一方、ステップS1の判定に含まれるいずれかの要件に対してYESが成立する場合(ステップS2;YES)に、制御部5は、第一コンプレッサ31から供給される酸化ガスの流量を、通常時に供給される流量よりも増加させる(ステップS2)。なお、このステップS2において、第二コンプレッサ31から供給される酸化ガスの流量についても、通常時に供給される流量より増加させることとしてもよい。
On the other hand, when YES is established for any of the requirements included in the determination in step S1 (step S2; YES), the
続いて、制御部5は、温度センサTにより検出された温度が所定の流量増加解除温度よりも高いか否か、水素オフガスに含まれる水分量が所定の流量増加解除水分量未満であるか否か、水素オフガス流路42の排出弁45が閉弁されているか否かを判定する(ステップS3)。この判定に含まれる全ての要件に対してNOが成立する場合(ステップS3;NO)には、ステップS3の処理を繰り返す。
Subsequently, the
一方、ステップS3の判定に含まれるいずれかの要件に対してYESが成立する場合(ステップS3;YES)に、制御部5は、第一コンプレッサ31から供給される酸化ガスの流量を、通常時に供給される流量に戻す(ステップS4)。
On the other hand, when YES is established for any of the requirements included in the determination in step S3 (step S3; YES), the
上述してきたように、本実施形態における燃料電池システム1によれば、コンバスタ33の上流側に設けられる第一コンプレッサ31から送り込まれる酸化ガスでコンバスタ33内の触媒を乾燥させることができるため、水素と触媒の反応を促進させることができる。それゆえに、水素オフガスに含まれる水素の濃度を効率よく低下させることができる。
As described above, according to the fuel cell system 1 in the present embodiment, the catalyst in the combustor 33 can be dried with the oxidizing gas fed from the
また、本実施形態における燃料電池システム1によれば、コンバスタ33の下流側に設けられる第二コンプレッサ32により、燃料電池2に供給される酸化ガスの圧力を高めることができるため、酸化ガスの逆流を防止することができる。
Further, according to the fuel cell system 1 in the present embodiment, the pressure of the oxidizing gas supplied to the
また、温度センサTにより検出された温度が所定の温度以下になった場合には、コンバスタ33の上流側に設けられた第一コンプレッサ31から供給される酸化ガスの流量を増やすことができるため、コンバスタ33内の温度が低下して触媒が水で覆われた場合であっても、第一コンプレッサ31から供給される酸化ガスで触媒を乾燥させることができる。
Further, when the temperature detected by the temperature sensor T is equal to or lower than a predetermined temperature, the flow rate of the oxidizing gas supplied from the
さらに、上記所定の温度を、触媒が水素と反応することができなくなる温度に設定することで、コンバスタ33内の温度が、触媒が水素と反応することができなくなる温度以下になったときに、コンバスタ33の上流側に設けられた第一コンプレッサ31から供給される酸化ガスの流量を増加させることができる。
Furthermore, when the predetermined temperature is set to a temperature at which the catalyst cannot react with hydrogen, the temperature in the combustor 33 becomes equal to or lower than the temperature at which the catalyst cannot react with hydrogen. The flow rate of the oxidizing gas supplied from the
また、水素オフガスに含まれる水分量が所定の水分量以上になった場合には、コンバスタ33の上流側に設けられた第一コンプレッサ31から供給される酸化ガスの流量を増やすことができるため、水素オフガスに含まれる水分量が増加して触媒が水で覆われた場合であっても、第一コンプレッサ31から供給される酸化ガスで触媒を乾燥させることができる。
In addition, when the amount of water contained in the hydrogen off gas exceeds a predetermined amount of water, the flow rate of the oxidizing gas supplied from the
さらに、上記所定の水分量を、触媒が水素と反応することができなくなる水分量に設定することで、水素オフガスに含まれる水分量が、触媒が水素と反応することができなくなる水分量以上になったときに、コンバスタ33の上流側に設けられた第一コンプレッサ31から供給される酸化ガスの流量を増加させることができる。
Furthermore, by setting the predetermined amount of water to a amount of water that prevents the catalyst from reacting with hydrogen, the amount of water contained in the hydrogen off-gas exceeds the amount of water that prevents the catalyst from reacting with hydrogen. When this happens, the flow rate of the oxidizing gas supplied from the
また、本実施形態における燃料電池システム1によれば、気液分離器から排出される水素オフガスをコンバスタ33に流入させることができるため、水分が回収された後の乾燥した水素オフガスをコンバスタ33に流入させることができる。 Further, according to the fuel cell system 1 in the present embodiment, the hydrogen off-gas discharged from the gas-liquid separator can be caused to flow into the combustor 33, so that the dry hydrogen off-gas after the moisture is recovered is supplied to the combustor 33. Can flow in.
なお、上述した実施形態では、燃料電池システム1の酸化ガス配管系3に加湿器36を設けているが、必ずしも加湿器を設ける必要はない。図3を参照して、加湿器を設けない場合の燃料電池システムの構成について説明する。同図に示すように、本変形例における燃料電池システムが、上述した実施形態における燃料電池システムと異なる点は、変形例における燃料電池システム1は、気液分離器46で回収された水分を第二コンプレッサ32の上流側に流入させる水分供給流路49をさらに備える点と、加湿器を備えていない点である。これにより、コンバスタ33から排出された酸化ガスを、水分供給流路49から供給される水分で加湿したうえで、第二コンプレッサ32に流入させることができる。したがって、加湿器36を設けることなく、最適に加湿された酸化ガスを燃料電池2に供給させることが可能となる。
In the above-described embodiment, the humidifier 36 is provided in the oxidizing gas piping system 3 of the fuel cell system 1, but the humidifier is not necessarily provided. With reference to FIG. 3, the structure of the fuel cell system when a humidifier is not provided will be described. As shown in the figure, the fuel cell system in the present modification is different from the fuel cell system in the above-described embodiment in that the fuel cell system 1 in the modification uses the water collected by the gas-
また、上述した実施形態においては、本発明に係る燃料電池システムを燃料電池車両に搭載した場合について説明しているが、燃料電池車両以外の各種移動体(ロボット、船舶、航空機等)にも本発明に係る燃料電池システムを適用することができる。また、本発明に係る燃料電池システムを、建物(住宅、ビル等)用の発電設備として用いられる定置用発電システムに適用することもできる。 In the above-described embodiment, the case where the fuel cell system according to the present invention is mounted on a fuel cell vehicle has been described. However, the present invention is also applied to various mobile bodies (robots, ships, aircrafts, etc.) other than the fuel cell vehicle. The fuel cell system according to the invention can be applied. Moreover, the fuel cell system according to the present invention can also be applied to a stationary power generation system used as a power generation facility for buildings (houses, buildings, etc.).
1…燃料電池システム、2…燃料電池、3…酸化ガス配管系、4…水素ガス配管系、5…制御部、30…フィルタ、31…第一コンプレッサ、32…第二コンプレッサ、33…コンバスタ、34…空気供給流路、35…空気排出流路、36…加湿器、40…水素タンク、41…水素供給流路、42…水素オフガス流路、43…主止弁、44…レギュレータ、45…排出弁、46…気液分離器、47…排気排水弁、48…排出流路、49…水分供給流路、P1〜P3…圧力センサ、T…温度センサ、A…電流センサ、V…電圧センサ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 2 ... Fuel cell, 3 ... Oxidation gas piping system, 4 ... Hydrogen gas piping system, 5 ... Control part, 30 ... Filter, 31 ... 1st compressor, 32 ... 2nd compressor, 33 ... Combustor, 34 ... Air supply flow path, 35 ... Air discharge flow path, 36 ... Humidifier, 40 ... Hydrogen tank, 41 ... Hydrogen supply flow path, 42 ... Hydrogen off-gas flow path, 43 ... Main stop valve, 44 ... Regulator, 45 ... Drain valve, 46 ... gas-liquid separator, 47 ... exhaust drain valve, 48 ... discharge channel, 49 ... moisture supply channel, P1-P3 ... pressure sensor, T ... temperature sensor, A ... current sensor, V ... voltage sensor .
Claims (7)
前記酸化ガスを前記燃料電池に供給する複数のコンプレッサと、
前記燃料電池から排出される燃料オフガスに含まれる燃料を、触媒を用いて燃焼させる触媒燃焼器と、を備え、
前記複数のコンプレッサは、前記酸化ガスを前記燃料電池に供給するための流路上に直列に設けられ、
前記触媒燃焼器は、前記複数のコンプレッサ間に設けられることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell that receives supply of an oxidizing gas and a fuel gas, which are reactive gases, and generates electric power through an electrochemical reaction of the reactive gases;
A plurality of compressors for supplying the oxidizing gas to the fuel cell;
A catalyst combustor for combusting the fuel contained in the fuel off-gas discharged from the fuel cell using a catalyst,
The plurality of compressors are provided in series on a flow path for supplying the oxidizing gas to the fuel cell,
The fuel cell system, wherein the catalytic combustor is provided between the plurality of compressors.
前記温度センサにより検出される温度が、所定の温度以下である場合に、前記複数のコンプレッサのうち、少なくとも前記触媒燃焼器の上流側に設けられたコンプレッサから供給される前記酸化ガスの流量を増加させる流量制御手段と、
をさらに備え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。 A temperature sensor for detecting the temperature in the catalytic combustor;
When the temperature detected by the temperature sensor is equal to or lower than a predetermined temperature, the flow rate of the oxidizing gas supplied from at least the compressor provided upstream of the catalytic combustor among the plurality of compressors is increased. Flow rate control means,
The fuel cell system according to claim 1, further comprising:
前記水分量算出手段により算出される前記水分量が、所定の水分量以上である場合に、前記複数のコンプレッサのうち、少なくとも前記触媒燃焼器の上流側に設けられたコンプレッサから供給される前記酸化ガスの流量を増加させる流量制御手段と、
をさらに備え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。 A moisture amount calculating means for calculating the amount of moisture contained in the fuel off gas;
When the moisture amount calculated by the moisture amount calculating means is equal to or greater than a predetermined moisture amount, the oxidation supplied from at least a compressor provided on the upstream side of the catalytic combustor among the plurality of compressors. A flow rate control means for increasing the gas flow rate;
The fuel cell system according to claim 1, further comprising:
前記触媒燃焼器は、前記気液分離器から排出される前記燃料オフガスに含まれる燃料を、触媒を用いて燃焼させることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の燃料電池システム。 A gas-liquid separator that recovers moisture from the fuel off-gas,
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, wherein the catalyst combustor burns fuel contained in the fuel off-gas discharged from the gas-liquid separator using a catalyst.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101113651B1 (en) * | 2009-08-31 | 2012-02-15 | 현대자동차주식회사 | Hydrogen exhaust system of fuel cell vehicle |
US10164279B2 (en) | 2016-03-08 | 2018-12-25 | Hyundai Motor Company | Device for decreasing hydrogen concentration of fuel cell system |
JP2022143221A (en) * | 2021-03-17 | 2022-10-03 | 本田技研工業株式会社 | Fuel cell system and control method thereof |
-
2007
- 2007-11-01 JP JP2007285290A patent/JP2009117044A/en active Pending
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