JP2009123457A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムの凍結防止の技術に関する。 The present invention relates to a technique for preventing freezing of a fuel cell system.
燃料電池システムは、燃料電池のアノード極に反応ガスとしてのアノードガス（例えば、水素ガス）を供給し、カソード極に反応ガスとしてのカソードガス（例えば、空気）を供給し、これら水素と空気中の酸素とを電気化学的に反応させて発電させ、電力を得るものである。このような、燃料電池システムは、例えば、自動車等の動力源として実用化に大きな期待が寄せられており、実用化に向けての研究開発が盛んに行われている。 The fuel cell system supplies an anode gas (for example, hydrogen gas) as a reaction gas to the anode electrode of the fuel cell, and supplies a cathode gas (for example, air) as a reaction gas to the cathode electrode. It is made to generate electric power by electrochemically reacting with oxygen of this to obtain electric power. Such a fuel cell system is highly expected to be put into practical use, for example, as a power source for automobiles and the like, and research and development for practical use is actively performed.
図１２は、一般的な燃料電池システムの構成を示す模式図である。図１２に示すように、燃料電池システム５は、燃料電池６４と、アノードガスボンベ６６と、エアコンプレッサ６８と、アノードガス供給流路７０と、アノードガス排出流路７２と、カソードガス供給流路７４と、カソードガス排出流路７６と、アノードガス排出流路を開閉させる開閉弁７８と、貯留部８０と、を有する。 FIG. 12 is a schematic diagram showing a configuration of a general fuel cell system. As shown in FIG. 12, the fuel cell system 5 includes a fuel cell 64, an anode gas cylinder 66, an air compressor 68, an anode gas supply channel 70, an anode gas discharge channel 72, and a cathode gas supply channel 74. A cathode gas discharge channel 76, an on-off valve 78 for opening and closing the anode gas discharge channel, and a storage unit 80.
燃料電池１０の発電時には、水が生成し、生成した水は燃料電池１０から各ガス排出流路へ排水される。上記水がアノードガス排出流路７２を流れ、開閉弁７８内に滞留し又は氷点下環境に曝され凍結すると、開閉弁７８の応答性の悪化、流路閉塞等が起こる場合がある。このような水の影響による開閉弁７８の応答性の悪化等を抑制するために、開閉弁７８より上流側のアノードガス排出流路７２には、ガス排出流路内を流れる水を貯留する貯留部８０が設けられている（カソードガス排出流路７６にも開閉弁が設けられている場合には、カソードガス排出流路７６にも貯留部が設けられる）。 During power generation of the fuel cell 10, water is generated, and the generated water is drained from the fuel cell 10 to each gas discharge channel. When the water flows through the anode gas discharge channel 72 and stays in the on-off valve 78 or is exposed to a freezing environment and freezes, the responsiveness of the on-off valve 78 may be deteriorated, or the channel may be blocked. In order to suppress such deterioration of the responsiveness of the on-off valve 78 due to the influence of water, the anode gas discharge passage 72 upstream of the on-off valve 78 stores water flowing in the gas discharge passage. (If the cathode gas discharge channel 76 is also provided with an open / close valve, a reservoir is also provided in the cathode gas discharge channel 76).
例えば、特許文献１には、燃料電池のカソード極からアノード極へリークする空気中の窒素を除去するために、アノードガス排出流路に設けられた開閉弁を開き、燃料電池にアノードガスを供給し、燃料電池のガスパージを行う燃料電池システムが提案されている。 For example, in Patent Document 1, in order to remove nitrogen in the air leaking from the cathode electrode to the anode electrode of a fuel cell, an on-off valve provided in the anode gas discharge channel is opened to supply the anode gas to the fuel cell. However, a fuel cell system that performs gas purge of the fuel cell has been proposed.
また、例えば、特許文献２には、燃料電池から排水される水が凍結する可能性がある場合に、開閉弁の開閉制御を変更する燃料電池システムが提案されている。 Further, for example, Patent Document 2 proposes a fuel cell system that changes the opening / closing control of the opening / closing valve when water drained from the fuel cell may freeze.
燃料電池システムが低温環境下に曝されると、貯留部内の水が過冷却状態となる場合がある。過冷却状態とは、液体が凝固点を過ぎても固体化せず、液体の状態を保持する状態をいう。この過冷却状態の水に衝撃等を加えると凝固する。そのため、過冷却状態の水のまま、特許文献１の燃料電池システムのように、燃料電池のガスパージを行うと、過冷却状態にある水がアノードガスにより飛ばされ、開閉弁又はその付近で凝固（凍結）する場合がある。このような状態になると、開閉弁の応答性の悪化、流路閉塞を引き起こす場合がある。 When the fuel cell system is exposed to a low temperature environment, the water in the storage part may be supercooled. The supercooled state refers to a state in which the liquid does not solidify even after passing through the freezing point and maintains the liquid state. When an impact is applied to this supercooled water, it solidifies. For this reason, when the fuel cell is purged with the water in the supercooled state as in the fuel cell system of Patent Document 1, the water in the supercooled state is blown off by the anode gas and is solidified at or near the on-off valve ( May freeze). In such a state, the responsiveness of the on-off valve may deteriorate and the flow path may be blocked.
また、特許文献２の燃料電池システムのように、開閉弁の開閉制御を変更するだけでは、過冷却状態の水が開閉弁で凝固（凍結）することを抑制することは困難である。 Further, as in the fuel cell system of Patent Document 2, it is difficult to suppress the supercooled water from solidifying (freezing) by the on-off valve only by changing the on-off control of the on-off valve.
本発明の目的は、過冷却状態の水の影響による開閉弁の応答性の悪化、流路閉塞等を抑制することができる燃料電池システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of suppressing deterioration of responsiveness of an on-off valve, blockage of a flow path, and the like due to the influence of water in a supercooled state.
燃料電池と、前記燃料電池から排出されるガスが通過するガス排出流路と、前記ガス排出流路を開閉させる開閉手段と、前記開閉手段より上流側のガス排出流路に設けられ、前記ガス排出流路内を流れる水を貯留する貯留部と、を有する燃料電池システムであって、前記燃料電池のパージ又は前記燃料電池の発電の際に、前記貯留部に貯留した水が過冷却状態にあるか否かを判断する判断手段と、前記判断手段により過冷却状態にあると判断された場合に、前記貯留部に貯留した水を凝固させる凝固手段と、を備える。 A fuel cell; a gas discharge passage through which the gas discharged from the fuel cell passes; an opening / closing means for opening / closing the gas discharge passage; and a gas discharge passage upstream of the opening / closing means; A storage unit that stores water flowing in the discharge flow path, wherein the water stored in the storage unit is in a supercooled state when purging the fuel cell or generating power from the fuel cell. Determination means for determining whether or not there is, and solidification means for solidifying the water stored in the storage section when the determination means determines that the supercooled state exists.
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また、前記燃料電池システムにおいて、前記貯留部に貯留した水の温度を検知する温度検知手段を備え、前記判断手段は、前記温度検知手段により検知した水の温度推移に基づいて、前記貯留部に貯留した水が過冷却状態にあるか否かを判断することが好ましい。
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The fuel cell system further includes a temperature detection unit that detects a temperature of water stored in the storage unit, and the determination unit stores the temperature in the storage unit based on a temperature transition of the water detected by the temperature detection unit. It is preferable to determine whether or not the stored water is in a supercooled state.
また、前記燃料電池システムにおいて、前記凝固手段は、前記貯留部に貯留した水に振動を与えて、前記貯留部に貯留した水を凝固させることが好ましい。 Further, in the fuel cell system, it is preferable that the coagulation unit applies vibration to the water stored in the storage unit to solidify the water stored in the storage unit.
また、前記燃料電池システムにおいて、前記凝固手段は、ガス供給源と、前記ガス供給源から供給されるガスを前記ガス排出流路に導入させ、前記開閉手段側から前記貯留部に貯留した水へ吹き付けるガス導入路と、を備え、前記ガス導入路から前記貯留部に貯留した水へガスを吹き付けることによって、前記貯留部に貯留した水を凝固させることが好ましい。 Further, in the fuel cell system, the coagulation means introduces a gas supply source and a gas supplied from the gas supply source into the gas discharge flow path, to the water stored in the storage section from the opening / closing means side. It is preferable that the water stored in the storage unit is solidified by spraying gas from the gas introduction channel to the water stored in the storage unit.
また、前記燃料電池システムにおいて、前記ガス排出流路内の圧力及び大気圧を検知する圧力検知手段を有し、前記判断手段は、さらに、圧力検知手段により検知された圧力に応じて、前記開閉手段の開閉を制御するものであり、前記貯留部に貯留した水が過冷却状態にあり、かつ前記検知手段により検知されたガス排出路内の圧力が大気圧より低い場合には、前記判断手段は、前記開閉手段を開放させ、前記開閉手段から前記貯留部側へ大気を流入させることによって、前記凝固手段に代えて前記貯留部に貯留した水を凝固させることが好ましい。 The fuel cell system further includes pressure detection means for detecting a pressure and an atmospheric pressure in the gas discharge flow path, and the determination means further includes the opening and closing according to the pressure detected by the pressure detection means. Means for controlling opening and closing of the means, and when the water stored in the storage section is in a supercooled state and the pressure in the gas discharge path detected by the detection means is lower than atmospheric pressure, the determination means It is preferable that the water stored in the reservoir is solidified in place of the coagulation means by opening the opening / closing means and allowing air to flow from the opening / closing means to the storage portion side.
また、前記燃料電池システムにおいて、前記ガス排出流路内の圧力及び大気圧を検知する圧力検知手段を有し、前記判断手段は、さらに、圧力検知手段により検知された圧力に応じて、前記開閉手段の開閉を制御するものであり、前記貯留部に貯留した水が過冷却状態にあり、かつ前記検知手段により検知されたガス排出路内の圧力が大気圧より低い場合には、前記判断手段は、前記開閉手段を開放させ、前記開閉手段から前記貯留部側へ大気を流入させることによって、前記凝固手段と共に前記貯留部に貯留した水を凝固させることが好ましい。 The fuel cell system further includes pressure detection means for detecting a pressure and an atmospheric pressure in the gas discharge flow path, and the determination means further includes the opening and closing according to the pressure detected by the pressure detection means. Means for controlling opening and closing of the means, and when the water stored in the storage section is in a supercooled state and the pressure in the gas discharge path detected by the detection means is lower than atmospheric pressure, the determination means It is preferable that the water stored in the storage unit together with the coagulation unit is solidified by opening the opening / closing unit and allowing air to flow from the opening / closing unit to the storage unit side.
本発明によれば、ガス排出流路内を流れる水を貯留する貯留部内の水が過冷却状態にあるか否かを判断する判断手段により過冷却状態にあると判断された場合には、凝固手段により貯留部に貯留した水を凝固させることによって、過冷却状態の水の影響による開閉弁の応答性の悪化、ガス流路の閉塞を抑制することができる燃料電池システムを提供することができる。 According to the present invention, when it is determined that the water in the reservoir that stores the water flowing in the gas discharge channel is in the supercooled state, it is determined that the water in the reservoir is solidified. By solidifying the water stored in the storage unit by the means, it is possible to provide a fuel cell system that can suppress the deterioration of the responsiveness of the on-off valve due to the influence of the water in the supercooled state and the blockage of the gas flow path. .
本発明の実施の形態について以下説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成の一例を示す模式図である。燃料電池システム１は、燃料電池１０と、アノードガスボンベ１２と、エアコンプレッサ１４と、燃料電池１０に供給されるアノードガスが通過するアノードガス供給流路１６と、燃料電池１０から排出されるアノードガスが通過するアノードガス排出流路１８と、燃料電池１０に供給されるカソードガスが通過するカソードガス供給流路２０と、燃料電池１０から排出されるカソードガスが通過するカソードガス排出流路２２と、開閉弁２４と、貯留部２６と、温度センサ２８と、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３０と、アクチュエータ３２と、を有するものである。 FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. The fuel cell system 1 includes a fuel cell 10, an anode gas cylinder 12, an air compressor 14, an anode gas supply channel 16 through which the anode gas supplied to the fuel cell 10 passes, and an anode gas discharged from the fuel cell 10. An anode gas discharge passage 18 through which the cathode gas is supplied, a cathode gas supply passage 20 through which the cathode gas supplied to the fuel cell 10 passes, and a cathode gas discharge passage 22 through which the cathode gas discharged from the fuel cell 10 passes. The on-off valve 24, the storage unit 26, the temperature sensor 28, an ECU (Electronic Control Unit) 30, and an actuator 32 are provided.
アノードガス供給流路１６は、燃料電池１０のアノードガス導入口（不図示）とアノードガスボンベ１２の排出口（不図示）とを接続するものであり、アノードガス排出流路１８は、燃料電池１０のアノードガス排出口（不図示）に接続するものである。また、カソードガス供給流路２０は、燃料電池１０のカソードガス導入口（不図示）とエアコンプレッサ１４の吐出口（不図示）とを接続するものであり、カソードガス排出流路２２は、燃料電池１０のカソードガス排出口（不図示）に接続するものである。 The anode gas supply channel 16 connects an anode gas inlet (not shown) of the fuel cell 10 and an outlet (not shown) of the anode gas cylinder 12, and the anode gas discharge channel 18 is connected to the fuel cell 10. To the anode gas outlet (not shown). The cathode gas supply channel 20 connects a cathode gas inlet (not shown) of the fuel cell 10 and an outlet (not shown) of the air compressor 14, and the cathode gas discharge channel 22 is a fuel. This is connected to a cathode gas discharge port (not shown) of the battery 10.
開閉弁２４は、アノードガス排出流路１８に設けられ、アノードガス排出流路１８を開閉させる開閉手段として機能するものである。アノードガス排出流路１８を開閉させることによって、燃料電池１０に供給排出されるガスの圧力を調整し、燃料電池１０の発電状態（高負荷発電、低負荷発電等）を制御することができる。開閉弁２４は、ＥＣＵ３０と電気的に接続されており、ＥＣＵ３０の開閉制御信号によって、開閉する。本実施形態では、開閉弁２４をアノードガス排出流路１８に設けた燃料電池システムを例として説明するが、必ずしもこれに制限されるものではなく、カソードガス排出流路２２又は両排出流路に設けてもよい。 The on-off valve 24 is provided in the anode gas discharge passage 18 and functions as an opening / closing means for opening and closing the anode gas discharge passage 18. By opening and closing the anode gas discharge channel 18, the pressure of the gas supplied to and discharged from the fuel cell 10 can be adjusted, and the power generation state (high load power generation, low load power generation, etc.) of the fuel cell 10 can be controlled. The on-off valve 24 is electrically connected to the ECU 30 and is opened and closed by an open / close control signal from the ECU 30. In the present embodiment, a fuel cell system in which the on-off valve 24 is provided in the anode gas discharge channel 18 will be described as an example. However, the present invention is not necessarily limited to this, and the cathode gas discharge channel 22 or both discharge channels are provided. It may be provided.
貯留部２６は、開閉弁２４より上流側のアノードガス排出流路１８に設けられ、アノードガス排出流路１８内を流れる水を貯留することができるものである。アノードガス排出流路１８内を流れる水は、主に燃料電池１０の発電時に生成した水が燃料電池１０から排出されたものである。貯留部２６を設けることによって、アノードガス排出流路１８内を流れる水が開閉弁２４まで流れることを抑制することができる。そのため、上記水が開閉弁２４内に滞留し又は氷点下環境に曝され凍結することを抑制することができる。カソードガス排出流路２２に開閉弁が設けられている場合には、当該開閉弁より上流側のカソードガス排出流路２２に、カソードガス排出流路２２内を流れる水を貯留する貯留部を設けることが好ましい。 The reservoir 26 is provided in the anode gas discharge channel 18 upstream of the on-off valve 24 and can store water flowing through the anode gas discharge channel 18. The water flowing through the anode gas discharge channel 18 is mainly generated when the fuel cell 10 generates power when the fuel cell 10 generates power. By providing the storage part 26, it is possible to suppress water flowing through the anode gas discharge flow path 18 from flowing to the on-off valve 24. For this reason, it is possible to suppress the water from staying in the on-off valve 24 or being exposed to a freezing environment and freezing. When the cathode gas discharge channel 22 is provided with an opening / closing valve, a reservoir for storing water flowing in the cathode gas discharge channel 22 is provided in the cathode gas discharge channel 22 upstream of the opening / closing valve. It is preferable.
ＥＣＵ３０は、燃料電池１０のパージ又は燃料電池１０の発電の際に、貯留部２６に貯留した水３４が過冷却状態にあるか否かを判断する判断手段として機能するものである。水が過冷却状態にあるか否かは、水の温度、電導度、透過率等に基づいて判断することができる。例えば、水の電導度を測定することができる測定器等により、貯留部２６に貯留した水３４の電導度を測定し、その電導度が所定範囲にある場合には、水が過冷却状態であると判断する。また、水の透過率を測定することができるレーザー等により、貯留部２６に貯留した水３４の透過率を測定し、その透過率が所定範囲にある場合には、水が過冷却状態であると判断する。 The ECU 30 functions as a determination unit that determines whether or not the water 34 stored in the storage unit 26 is in a supercooled state when the fuel cell 10 is purged or when the fuel cell 10 generates power. Whether or not the water is in a supercooled state can be determined based on the temperature, conductivity, transmittance and the like of the water. For example, when the electrical conductivity of the water 34 stored in the storage unit 26 is measured by a measuring instrument that can measure the electrical conductivity of the water and the electrical conductivity is within a predetermined range, the water is in a supercooled state. Judge that there is. Moreover, the transmittance | permeability of the water 34 stored in the storage part 26 is measured with the laser etc. which can measure the transmittance | permeability of water, and when the transmittance | permeability exists in a predetermined range, water is a supercooled state. Judge.
しかし、水が過冷却状態にあるか否かを正確に判断することができる点で、温度センサ等の温度検知手段により検知した温度に基づいて判断することが好ましい。図２は、水の温度と時間との関係を表す図である。外気温度が氷点下環境下では、図２に示すように、時間経過と共に水の温度は低下していき、水の凝固点（０℃）よりも低くなる。その後、水の凝固点（０℃）まで急激に上昇し、また次第に低下する。この水の凝固点までの急激な上昇は、水が固体化する際の凝固熱によるものである。凝固点以下から凝固熱による急激な温度上昇までの範囲（図２に示すＡの領域）は、水の過冷却状態であり、水が凝固点を過ぎても固体化せず、液体の状態を保持する状態である。水の過冷却状態である温度範囲（図２に示すＡの領域）は、０℃〜約２０℃の範囲である。ＥＣＵ３０は、後述する温度センサ２８により送信される温度データの推移から、貯留部２６に貯留した水３４の温度が図２に示すＡ領域にあれば、上記水が過冷却状態にあると判断する。ＥＣＵ３０が貯留部２６に貯留した水３４が過冷却状態にあると判断すれば、後述するアクチュエータ３２に駆動信号を送信し、アクチュエータ３２を駆動させる。 However, it is preferable to make a determination based on the temperature detected by the temperature detection means such as a temperature sensor in that it can be accurately determined whether or not the water is in a supercooled state. FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between water temperature and time. As shown in FIG. 2, when the outside air temperature is below freezing, the temperature of the water decreases with time and becomes lower than the freezing point of water (0 ° C.). Thereafter, it rapidly rises to the freezing point of water (0 ° C.) and gradually decreases. This rapid rise to the freezing point of water is due to the heat of solidification when water is solidified. The range from the freezing point to the rapid temperature rise due to solidification heat (region A in FIG. 2) is a supercooled state of water, and even if the water passes the freezing point, it does not solidify and maintains a liquid state. State. The temperature range (region A shown in FIG. 2) in which the water is supercooled is in the range of 0 ° C. to about 20 ° C. The ECU 30 determines that the water is in a supercooled state if the temperature of the water 34 stored in the storage unit 26 is in the region A shown in FIG. . If the ECU 30 determines that the water 34 stored in the storage unit 26 is in a supercooled state, the ECU 30 transmits a drive signal to an actuator 32 described later to drive the actuator 32.
温度センサ２８は、貯留部２６に貯留した水３４の温度を検知する温度検知手段として機能するものである。貯留部２６に貯留した水３４の温度検知は、貯留部２６に貯留した水３４の温度を直接検知（取得）するものであっても、間接的に検知（推定）するものであってもよい。図１に示す燃料電池システム１に用いられる温度センサ２８は、燃料電池１０へ供給される冷却水温度を検出し、実験的に求められた冷却水温度と貯留部２６に貯留した水３４の温度との関係を表すマップに上記検出した冷却水温度を当てはめて、貯留部２６に貯留した水３４の温度を推定することができるものである。 The temperature sensor 28 functions as temperature detection means for detecting the temperature of the water 34 stored in the storage unit 26. The temperature detection of the water 34 stored in the storage unit 26 may directly detect (acquire) the temperature of the water 34 stored in the storage unit 26 or may detect (estimate) the water 34 indirectly. . A temperature sensor 28 used in the fuel cell system 1 shown in FIG. 1 detects the temperature of the cooling water supplied to the fuel cell 10, and the temperature of the cooling water obtained experimentally and the temperature of the water 34 stored in the storage unit 26. The temperature of the water 34 stored in the storage unit 26 can be estimated by applying the detected coolant temperature to a map representing the relationship between
また、貯留部２６に温度センサ２８を設け、貯留部２６に貯留した水３４の温度を取得（直接検知）してもよい。 Further, the temperature sensor 28 may be provided in the storage unit 26 and the temperature of the water 34 stored in the storage unit 26 may be acquired (directly detected).
図１に示すように、温度センサ２８とＥＣＵ３０とは電気的に接続されており、温度センサ２８により検知した温度データは、ＥＣＵ３０に送信されるようになっている。 As shown in FIG. 1, the temperature sensor 28 and the ECU 30 are electrically connected, and temperature data detected by the temperature sensor 28 is transmitted to the ECU 30.
アクチュエータ３２は、ＥＣＵ３０と電気的に接続されている。ＥＣＵ３０による駆動信号を受けたアクチュエータ３２は、貯留部２６に振動を加え、貯留部２６内の水３４に振動を与えるものである。これにより、貯留部２６内で水３４を凝固させることができる。また、貯留部２６内の水に直接振動を与えることができるように、貯留部２６内の水３４中にアクチュエータ３２等の凝固手段を設けてもよい。 The actuator 32 is electrically connected to the ECU 30. The actuator 32 that has received the drive signal from the ECU 30 applies vibration to the storage unit 26 and applies vibration to the water 34 in the storage unit 26. Thereby, the water 34 can be solidified in the storage part 26. Further, coagulation means such as an actuator 32 may be provided in the water 34 in the storage unit 26 so that vibration can be directly applied to the water in the storage unit 26.
本実施形態の凝固手段は、貯留部２６内の水３４に振動を与えることができるものであれば、アクチュエータ３２に限定されるものではない。例えば、後述する循環ポンプ等の貯留部２６周辺に配置される補機、超音波振動器等であってもよい。後述する循環ポンプが稼働することによっても、稼働時の振動が、貯留部２６に伝達し、貯留部２６内の水３４に振動を与えることができる。 The solidifying means of the present embodiment is not limited to the actuator 32 as long as it can give vibration to the water 34 in the reservoir 26. For example, an auxiliary machine, an ultrasonic vibrator, or the like disposed around the storage unit 26 such as a circulation pump described later may be used. Even when a circulation pump described later is operated, vibration during operation can be transmitted to the storage unit 26, and vibration can be applied to the water 34 in the storage unit 26.
このように、貯留部２６内の過冷却状態にある水３４を積極的に凍結させることで、燃料電池１０のパージ又は燃料電池１０の発電時に、アノードガス排出流路１８から排出されるアノードガスによって、過冷却状態にある水が開閉弁２４まで飛ばされて凝固することを抑制することができる。その結果として、開閉弁２４の応答性の悪化、流路閉塞等を抑制することができる。 In this way, by actively freezing the water 34 in the supercooled state in the storage unit 26, the anode gas discharged from the anode gas discharge channel 18 during the purge of the fuel cell 10 or the power generation of the fuel cell 10 is performed. Thus, it is possible to prevent water in a supercooled state from being blown up to the on-off valve 24 and solidifying. As a result, it is possible to suppress deterioration of the responsiveness of the on-off valve 24, blockage of the flow path, and the like.
図３は、本実施形態に係る燃料電池システムの運転方法の一例を説明するためのフロー図である。燃料電池システムの運転方法は、図１に示す燃料電池システム１を例に説明する。図３に示すように、ステップＳ１０では、ＥＣＵ３０に燃料電池１０のガスパージ又は燃料電池１０の発電指令（以下、これらを燃料電池１０の稼働指令と呼ぶ。）が入力される。稼働指令が入力されると、ステップＳ１２では、温度センサ２８により貯留部２６に貯留した水３４の温度が検知される。温度センサ２８により検知された水の温度推移に基づいて、ＥＣＵ３０により貯留部２６に貯留した水３４が過冷却状態にあると判断されれば、ステップＳ１４において、ＥＣＵ３０からアクチュエータ３２に駆動信号が送られ、アクチュエータ３２を駆動させる。これにより、貯留部２６内の水が振動し、水が凍結する。そして、ステップＳ１６に進み、燃料電池１０を稼働させる。また、ＥＣＵ３０により貯留部２６に貯留した水３４が過冷却状態にないと判断されれば、アクチュエータ３２を駆動させずに、ステップＳ１６に進み、燃料電池１０を稼働させる。 FIG. 3 is a flowchart for explaining an example of the operation method of the fuel cell system according to the present embodiment. The operation method of the fuel cell system will be described using the fuel cell system 1 shown in FIG. 1 as an example. As shown in FIG. 3, in step S <b> 10, a gas purge of the fuel cell 10 or a power generation command for the fuel cell 10 (hereinafter referred to as an operation command for the fuel cell 10) is input to the ECU 30. When the operation command is input, in step S12, the temperature of the water 34 stored in the storage unit 26 is detected by the temperature sensor 28. If the ECU 30 determines that the water 34 stored in the storage unit 26 is in a supercooled state based on the temperature transition of the water detected by the temperature sensor 28, a drive signal is sent from the ECU 30 to the actuator 32 in step S14. Then, the actuator 32 is driven. Thereby, the water in the storage part 26 vibrates and water freezes. In step S16, the fuel cell 10 is operated. Further, if the ECU 30 determines that the water 34 stored in the storage unit 26 is not in a supercooled state, the process proceeds to step S16 without driving the actuator 32, and the fuel cell 10 is operated.
これにより、燃料電池１０の稼働時に、アノードガス排出流路１８へ排出される反応ガスによって貯留部２６に貯留した水３４が飛ばされて、開閉弁２４（又はその付近）で凝固することを抑制することができる。 Thus, when the fuel cell 10 is in operation, the reaction gas discharged to the anode gas discharge passage 18 prevents the water 34 stored in the storage unit 26 from being blown off and solidifying at the on-off valve 24 (or the vicinity thereof). can do.
次に、本実施形態の燃料電池１０の構成、ガスパージ運転、燃料電池１０の発電等について説明する。 Next, the configuration of the fuel cell 10, the gas purge operation, the power generation of the fuel cell 10 and the like of the present embodiment will be described.
まず、本実施形態の燃料電池システム１に用いられる燃料電池１０の構成について説明する。燃料電池１０は、水素イオン伝導性を有する電解質膜と、電解質膜を挟持するアノード極及びカソード極と、アノード極及びカソード極の両外側を挟持する一対の燃料電池用セパレータと、を有するものを単位セルとして、当該単位セルを少なくとも１層以上積層したものである。 First, the configuration of the fuel cell 10 used in the fuel cell system 1 of the present embodiment will be described. The fuel cell 10 includes an electrolyte membrane having hydrogen ion conductivity, an anode electrode and a cathode electrode that sandwich the electrolyte membrane, and a pair of fuel cell separators that sandwich both outer sides of the anode electrode and the cathode electrode. As the unit cell, at least one layer of the unit cells is laminated.
次に、燃料電池１０のガスパージについて説明する。燃料電池１０の発電停止時においては、外部付加への電力供給は遮断されるが、燃料電池１０内に残留している反応ガスはアノード極及びカソード極で消費されるため、アノード極とカソード極との間に圧力差が生じる。これにより、カソード極に残留している空気、特にカソード極によって消費されない窒素がカソード極からアノード極へリークしたり、アノード極に残留している水素がアノード極からカソード極へリークする場合がる。このような状態では、燃料電池１０の稼働時の発電性能が低下する場合があるため、燃料電池１０をガスパージして、アノード極から窒素（又は空気）又はカソード極から水素を除去する必要がある。 Next, gas purge of the fuel cell 10 will be described. When the power generation of the fuel cell 10 is stopped, the power supply to the external addition is interrupted, but the reaction gas remaining in the fuel cell 10 is consumed at the anode electrode and the cathode electrode. A pressure difference occurs between As a result, air remaining in the cathode electrode, particularly nitrogen that is not consumed by the cathode electrode, may leak from the cathode electrode to the anode electrode, or hydrogen remaining in the anode electrode may leak from the anode electrode to the cathode electrode. . In such a state, since the power generation performance during operation of the fuel cell 10 may deteriorate, it is necessary to gas purge the fuel cell 10 to remove nitrogen (or air) from the anode electrode or hydrogen from the cathode electrode. .
ガスパージを行う場合には、アノードガス排出流路１８に設けられた開閉弁２４が開放され、アノードガスボンベ１２からアノードガスが排出される。排出されたアノードガスは、アノードガス供給流路１６を通り、燃料電池１０（アノード極）に供給される。供給されたアノードガスと共にアノード極内の窒素が、アノードガス排出流路１８から燃料電池システム１外へ排出される。また、カソード極へ水素がリークする場合には、エアコンプレッサ１４が稼働し、エアコンプレッサ１４からカソードガスが吐出される。カソードガスが、燃料電池１０に供給されることによって、上記同様にカソード極内の水素を燃料電池システム１外へ排出させることができる。このように燃料電池１０を稼働させる際に、ガスパージを行うことによって、燃料電池１０内の不純物ガス（アノード極では窒素、カソード極では水素等）が除去される。ガスの供給時間、量等は適宜設定されればよい。 When performing gas purge, the on-off valve 24 provided in the anode gas discharge channel 18 is opened, and the anode gas is discharged from the anode gas cylinder 12. The discharged anode gas passes through the anode gas supply channel 16 and is supplied to the fuel cell 10 (anode electrode). Nitrogen in the anode electrode together with the supplied anode gas is discharged out of the fuel cell system 1 from the anode gas discharge channel 18. Further, when hydrogen leaks to the cathode electrode, the air compressor 14 is operated and the cathode gas is discharged from the air compressor 14. By supplying the cathode gas to the fuel cell 10, hydrogen in the cathode electrode can be discharged out of the fuel cell system 1 in the same manner as described above. Thus, when the fuel cell 10 is operated, the gas purge is performed to remove the impurity gas (nitrogen at the anode electrode, hydrogen at the cathode electrode, etc.) in the fuel cell 10. The gas supply time, amount, and the like may be set as appropriate.
本実施形態の燃料電池システムは、燃料電池１０内の不純物ガスを除去して、燃料電池１０の発電性能を向上させることができる点で、燃料電池１０にガスパージを行った後、燃料電池１０を発電させることが好ましいが、ガスパージを行わず、燃料電池１０を発電させるものであってもよい。 The fuel cell system according to the present embodiment can remove the impurity gas in the fuel cell 10 and improve the power generation performance of the fuel cell 10, and after purging the fuel cell 10 with the gas, Although it is preferable to generate power, the fuel cell 10 may generate power without performing gas purge.
燃料電池１０を発電させる場合には、アノードガス排出流路１８に設けられた開閉弁２４が開放され、アノードガスボンベ１２からアノードガスが排出される。また、エアコンプレッサ１４が稼働し、エアコンプレッサ１４からカソードガスが吐出される。アノードガスはアノードガス供給流路１６を通り、燃料電池１０のアノード極に供給され、カソードガスはカソードガス供給流路２０を通り、燃料電池１０のカソード極に供給され、それぞれ燃料電池１０の発電に利用される。発電に利用されなかったアノードガスは燃料電池１０から排出され、アノードガス排出流路１８を通り燃料電池システム１外へ排出され、カソードガスは、燃料電池１０から排出され、カソードガス排出流路２２を通り、燃料電池システム１外へ排出される。 When the fuel cell 10 is caused to generate power, the on-off valve 24 provided in the anode gas discharge channel 18 is opened, and the anode gas is discharged from the anode gas cylinder 12. Further, the air compressor 14 is operated, and the cathode gas is discharged from the air compressor 14. The anode gas passes through the anode gas supply channel 16 and is supplied to the anode electrode of the fuel cell 10, and the cathode gas passes through the cathode gas supply channel 20 and is supplied to the cathode electrode of the fuel cell 10. Used for The anode gas that has not been used for power generation is discharged from the fuel cell 10, passes through the anode gas discharge channel 18, and is discharged out of the fuel cell system 1. The cathode gas is discharged from the fuel cell 10, and the cathode gas discharge channel 22. And is discharged out of the fuel cell system 1.
次に、本発明の他の実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。 Next, a fuel cell system according to another embodiment of the present invention will be described.
図４は、本発明の他の実施形態に係る燃料電池システムの構成の一例を示す模式図である。図４に示すように、燃料電池システム２は、燃料電池１０と、アノードガスボンベ１２と、エアコンプレッサ１４と、アノードガス供給流路１６と、アノードガス排出流路１８と、カソードガス供給流路２０と、カソードガス排出流路２２と、開閉弁２４と、温度センサ２８と、ＥＣＵ３０と、気液分離器３６と、循環ポンプ３８と、循環流路４０と、を有するものである。図４に示す燃料電池システム２において、図１に示す燃料電池システム１と同様の構成については、同一の符合を付している。本実施形態では、気液分離器３６と、循環ポンプ３８と、循環流路４０をアノード極側に設けたが、カソード極側又は両方に設けてもよい。 FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a fuel cell system according to another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the fuel cell system 2 includes a fuel cell 10, an anode gas cylinder 12, an air compressor 14, an anode gas supply channel 16, an anode gas discharge channel 18, and a cathode gas supply channel 20. A cathode gas discharge channel 22, an on-off valve 24, a temperature sensor 28, an ECU 30, a gas-liquid separator 36, a circulation pump 38, and a circulation channel 40. In the fuel cell system 2 shown in FIG. 4, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the fuel cell system 1 shown in FIG. 1. In this embodiment, the gas-liquid separator 36, the circulation pump 38, and the circulation channel 40 are provided on the anode electrode side, but may be provided on the cathode electrode side or both.
図５は、本実施形態に用いられる気液分離器の構成の一例を示す模式断面図である。図５に示すように、気液分離器３６は、本体４２、流入口４４、第１排出口４６、第２排出口４８、イオン交換器５０、を有する。本体４２内部は、アノードガスに含まれる水分を分離する場所であり、また、燃料電池１０から排出されるアノードガスが通過するアノードガス排出流路でもある。貯留部２６は、本体４２内部でアノードガスから分離された水及び燃料電池１０から排出されアノードガス排出流路１８を流れる水を貯留するものである。イオン交換器５０は、アノードガスに含まれる不純物ガス（窒素等）を除去するためのものである。 FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of the gas-liquid separator used in the present embodiment. As shown in FIG. 5, the gas-liquid separator 36 includes a main body 42, an inlet 44, a first outlet 46, a second outlet 48, and an ion exchanger 50. The inside of the main body 42 is a place for separating moisture contained in the anode gas, and is also an anode gas discharge passage through which the anode gas discharged from the fuel cell 10 passes. The storage unit 26 stores water separated from the anode gas inside the main body 42 and water discharged from the fuel cell 10 and flowing through the anode gas discharge passage 18. The ion exchanger 50 is for removing impurity gas (such as nitrogen) contained in the anode gas.
循環流路４０は、気液分離器３６の第１排出口４６とアノードガス供給流路１６とを接続するものであり、循環ポンプ３８が配置されている。循環ポンプ３８は、ＥＣＵ３０と電気的に接続されている。そして、循環ポンプ３８が稼働することにより、気液分離器３６の本体４２内部にあるアノードガスが吸引され、アノードガス供給流路１６から燃料電池１０へ供給される。また、後述する循環ポンプ３８が稼働することにより、稼働する際の振動が、貯留部２６に伝達し、貯留部２６内の水３４に振動を与えることができる。循環ポンプ３８等の補機を凝固手段として用いることにより、別途アクチュエータ等の凝固手段を設ける必要がなく、省スペース化が可能となる。 The circulation channel 40 connects the first discharge port 46 of the gas-liquid separator 36 and the anode gas supply channel 16, and a circulation pump 38 is disposed. The circulation pump 38 is electrically connected to the ECU 30. When the circulation pump 38 is operated, the anode gas inside the main body 42 of the gas-liquid separator 36 is sucked and supplied to the fuel cell 10 from the anode gas supply channel 16. In addition, by operating a circulation pump 38 to be described later, vibrations during operation can be transmitted to the storage unit 26, and vibrations can be applied to the water 34 in the storage unit 26. By using an auxiliary machine such as the circulation pump 38 as the coagulation means, it is not necessary to separately provide coagulation means such as an actuator, and space can be saved.
ＥＣＵ３０によって貯留部２６の水が過冷却状態であると判断された場合には、ＥＣＵ３０によって循環ポンプ３８を稼働させ、貯留部２６内の水３４に振動を与え、貯留部２６内の水３４を凝固させることができる。 When the ECU 30 determines that the water in the storage unit 26 is in a supercooled state, the ECU 30 operates the circulation pump 38, vibrates the water 34 in the storage unit 26, and causes the water 34 in the storage unit 26 to flow. It can be solidified.
本実施形態においてガスパージを行う場合には、図４に示すアノードガス排出流路１８に設けられた開閉弁２４が開放され、アノードガスボンベ１２からアノードガスが排出される。排出されたアノードガスは、アノードガス供給流路１６を通り、燃料電池１０（アノード極）に供給される。供給されたアノードガスと共にアノード極内の窒素が、燃料電池からアノードガス排出流路１８へ排出される。図４に示すアノードガス排出流路１８を通るアノードガスは、図５に示す流入口４４から気液分離器３６の本体４２内部を通り、第２排出口４８を介して、図４に示すアノードガス排出流路１８を通り、燃料電池システム２外へ排出される。カソード極側は、上記同様である。 In the present embodiment, when the gas purge is performed, the on-off valve 24 provided in the anode gas discharge channel 18 shown in FIG. 4 is opened, and the anode gas is discharged from the anode gas cylinder 12. The discharged anode gas passes through the anode gas supply channel 16 and is supplied to the fuel cell 10 (anode electrode). Nitrogen in the anode electrode together with the supplied anode gas is discharged from the fuel cell to the anode gas discharge channel 18. 4 passes through the main body 42 of the gas-liquid separator 36 from the inlet 44 shown in FIG. 5 and passes through the second outlet 48 to the anode shown in FIG. It passes through the gas discharge passage 18 and is discharged out of the fuel cell system 2. The cathode side is the same as above.
また、本実施形態において燃料電池を発電させる場合には、図４に示すアノードガス排出流路１８に設けられた開閉弁２４が閉じられ、アノードガスボンベ１２からアノードガスが排出される。アノードガスはアノードガス供給流路１６を通り、燃料電池１０のアノード極に供給され、燃料電池１０の発電に利用される。発電に利用されなかったアノードガスは燃料電池１０から排出され、アノードガス排出流路１８を通り、図５に示す流入口４４を介して気液分離器３６の本体４２内部へ導入される。循環ポンプ３８を稼働させることによって、本体４２内部のアノードガスは、イオン交換器５０及び第１排出口４６を介して、図４に示す循環流路４０、アノードガス供給流路１６を通り、再度燃料電池１０へ供給される。また、カソード側は、上記説明した通りである。 In the present embodiment, when the fuel cell is caused to generate electric power, the on-off valve 24 provided in the anode gas discharge channel 18 shown in FIG. 4 is closed, and the anode gas is discharged from the anode gas cylinder 12. The anode gas passes through the anode gas supply channel 16, is supplied to the anode electrode of the fuel cell 10, and is used for power generation of the fuel cell 10. The anode gas not used for power generation is discharged from the fuel cell 10, passes through the anode gas discharge passage 18, and is introduced into the main body 42 of the gas-liquid separator 36 through the inlet 44 shown in FIG. 5. By operating the circulation pump 38, the anode gas inside the main body 42 passes through the circulation channel 40 and the anode gas supply channel 16 shown in FIG. 4 through the ion exchanger 50 and the first discharge port 46, and again. Supplied to the fuel cell 10. The cathode side is as described above.
図６は、本発明の他の実施形態に係る燃料電池システムの構成の一例を示す模式図である。図６に示すように、燃料電池システム３は、燃料電池１０と、アノードガスボンベ１２と、エアコンプレッサ１４と、アノードガス供給流路１６と、アノードガス排出流路１８と、カソードガス供給流路２０と、カソードガス排出流路２２と、開閉弁２４と、貯留部２６と、温度センサ２８と、ＥＣＵ３０と、減圧弁５２と、凝固手段としてのガス導入装置５４と、を有するものである。図６に示す燃料電池システム３において、図１に示す燃料電池１と同様の構成については、同一の符合を付している。本実施形態では、ガス導入装置５４をアノード極側に設けているが、貯留部２６がカソード側に設けられる場合には、ガス導入装置５４をカソード極側に設ける。 FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a fuel cell system according to another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, the fuel cell system 3 includes a fuel cell 10, an anode gas cylinder 12, an air compressor 14, an anode gas supply channel 16, an anode gas discharge channel 18, and a cathode gas supply channel 20. And a cathode gas discharge channel 22, an on-off valve 24, a storage unit 26, a temperature sensor 28, an ECU 30, a pressure reducing valve 52, and a gas introduction device 54 as a coagulation means. In the fuel cell system 3 shown in FIG. 6, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the fuel cell 1 shown in FIG. 1. In the present embodiment, the gas introduction device 54 is provided on the anode electrode side. However, when the reservoir 26 is provided on the cathode side, the gas introduction device 54 is provided on the cathode electrode side.
図７は、図６の点線枠Ｒにおける燃料電池システムの一部拡大模式断面図である。図６に示すように、ガス導入装置５４は、ガス供給源としてガスボンベ５６と、ガス導入路５８と、ガス導入路を開閉する弁６０とを有する。ガス導入路５８は、ガスボンベ５６から供給されるガスをアノードガス排出流路１８に導入させ、開閉弁２４側から貯留部２６に貯留した水３４へ吹き付けるものである。本実施形態では、ガス導入路５８は、開閉弁２４及び貯留部２６間のアノードガス排出流路１８とガスボンベ５６とを接続している。ガスボンベ５６のガスは、燃料電池１０に供給されるガスと同一のものが好ましく、例えば、本実施形態であれば水素ガスが挙げられる。ガス導入路５８に設けられる弁６０は、ＥＣＵ３０と電気的に接続されている。 FIG. 7 is a partially enlarged schematic cross-sectional view of the fuel cell system in the dotted line frame R of FIG. As shown in FIG. 6, the gas introduction device 54 includes a gas cylinder 56 as a gas supply source, a gas introduction path 58, and a valve 60 that opens and closes the gas introduction path. The gas introduction path 58 introduces the gas supplied from the gas cylinder 56 into the anode gas discharge path 18 and blows it to the water 34 stored in the storage section 26 from the on-off valve 24 side. In the present embodiment, the gas introduction path 58 connects the anode gas discharge flow path 18 between the on-off valve 24 and the reservoir 26 and the gas cylinder 56. The gas in the gas cylinder 56 is preferably the same as the gas supplied to the fuel cell 10. For example, in this embodiment, hydrogen gas is used. The valve 60 provided in the gas introduction path 58 is electrically connected to the ECU 30.
ガス導入装置５４の動作について説明する。ＥＣＵ３０により貯留部２６に貯留した水３４が過冷却状態であると判断された場合には、ＥＣＵ３０によりガス導入路５８の弁６０が開放され、ガスボンベ５６から供給されるガスがガス導入路５８へ流れる。そして、ガスはガス導入路５８からアノードガス排出流路１８へ導入され、開閉弁２４側から貯留部２６に貯留した水３４へ吹き付けられる。ガス吹き付け時の衝撃によって、貯留部２６に貯留した水３４を凝固させることができる。 The operation of the gas introduction device 54 will be described. When it is determined by the ECU 30 that the water 34 stored in the storage unit 26 is in a supercooled state, the valve 60 of the gas introduction path 58 is opened by the ECU 30, and the gas supplied from the gas cylinder 56 enters the gas introduction path 58. Flowing. Then, the gas is introduced from the gas introduction path 58 to the anode gas discharge path 18 and blown to the water 34 stored in the storage section 26 from the on-off valve 24 side. The water 34 stored in the storage part 26 can be solidified by the impact at the time of gas blowing.
本実施形態のように、ガスを貯留部２６に貯留した水３４に吹き付ける場合には、アノードガス排出流路１８に設けられている開閉弁２４は閉状態であることが好ましい。これにより、ガス導入路５８からアノードガス排出流路１８へ導入されたガスが、貯留部２６側へ流れ易くなる。アノードガス供給流路１６に設けられる減圧弁５２は、必ずしも必要ではないが、ガス導入路５８からアノードガス排出流路１８へ導入されるガスの影響によって生じる流路内の圧力変動を調整することができる点で好ましい。 When the gas is blown to the water 34 stored in the storage unit 26 as in the present embodiment, the on-off valve 24 provided in the anode gas discharge channel 18 is preferably in a closed state. Thereby, the gas introduced from the gas introduction path 58 to the anode gas discharge path 18 can easily flow to the storage section 26 side. The pressure reducing valve 52 provided in the anode gas supply channel 16 is not necessarily required, but adjusts the pressure fluctuation in the channel caused by the influence of the gas introduced from the gas introduction channel 58 to the anode gas discharge channel 18. It is preferable at the point which can do.
図８は、図６の点線枠Ｒにおける燃料電池システムの他の一例を示す一部拡大模式断面図である。図８に示すように、ガス導入装置５４は、気液分離器３６が用いられる場合にも同様に適用することができる。ガス導入路５８は、上記同様にガスボンベ５６から供給されるガスをアノードガス排出流路１８（本体４２内部）に導入させ、開閉弁２４側から貯留部２６に貯留した水３４へ吹き付けるものである。本実施形態では、ガス導入路５８は、第２排出口４８及び貯留部２６間の本体４２とガスボンベ５６とを接続している。 FIG. 8 is a partially enlarged schematic cross-sectional view showing another example of the fuel cell system in the dotted line frame R of FIG. As shown in FIG. 8, the gas introduction device 54 can be similarly applied when the gas-liquid separator 36 is used. Similarly to the above, the gas introduction path 58 introduces the gas supplied from the gas cylinder 56 into the anode gas discharge flow path 18 (inside the main body 42), and blows it to the water 34 stored in the storage section 26 from the on-off valve 24 side. . In the present embodiment, the gas introduction path 58 connects the main body 42 and the gas cylinder 56 between the second discharge port 48 and the storage unit 26.
図９は、本発明の他の実施形態に係る燃料電池システムの構成の一例を示す模式断面図である。図９に示すように、ガス導入路５８をアノードガス供給流路１６に接続させることによって、燃料電池１０を発電させるためのアノードガスボンベ１２をガス導入装置５４のガスボンベ５６として用いてもよい。これにより、燃料電池システム３の省スペース化が可能となる。気液分離器３６を用いた場合も同様である。また、アノードガス供給流路１６とガス導入路５８との接続点は、弁６０の上流側と下流側との差圧が大きくなってガス供給が容易になるという点で、減圧弁５２より上流側であることが好ましい。 FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of a fuel cell system according to another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 9, the anode gas cylinder 12 for generating power from the fuel cell 10 by connecting the gas introduction path 58 to the anode gas supply path 16 may be used as the gas cylinder 56 of the gas introduction device 54. Thereby, space saving of the fuel cell system 3 is attained. The same applies when the gas-liquid separator 36 is used. Further, the connection point between the anode gas supply channel 16 and the gas introduction channel 58 is upstream of the pressure reducing valve 52 in that the gas pressure is facilitated by increasing the differential pressure between the upstream side and the downstream side of the valve 60. The side is preferred.
図１０は、本発明の他の実施形態に係る燃料電池システムの構成の一例を示す模式図である。図１０に示すように、燃料電池システム４は、燃料電池１０と、アノードガスボンベ１２と、エアコンプレッサ１４と、アノードガス供給流路１６と、アノードガス排出流路１８と、カソードガス供給流路２０と、カソードガス排出流路２２と、開閉弁２４と、貯留部２６と、温度センサ２８と、ＥＣＵ３０と、凝固手段としてのアクチュエータ３２と、圧力センサ６２と、を有するものである。図１０に示す燃料電池システム４において、図１に示す燃料電池システム１と同様の構成については、同一の符合を付している。 FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a fuel cell system according to another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 10, the fuel cell system 4 includes a fuel cell 10, an anode gas cylinder 12, an air compressor 14, an anode gas supply channel 16, an anode gas discharge channel 18, and a cathode gas supply channel 20. And a cathode gas discharge channel 22, an on-off valve 24, a storage unit 26, a temperature sensor 28, an ECU 30, an actuator 32 as a coagulation means, and a pressure sensor 62. In the fuel cell system 4 shown in FIG. 10, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the fuel cell system 1 shown in FIG. 1.
圧力センサ６２は、アノードガス排出流路１８内の圧力及び大気圧を検知することができるものである。また、圧力センサ６２は、ＥＣＵ３０と電気的に接続されており、検知した圧力をＥＣＵ３０に送信するものである。アノードガス供給流路１６は、燃料電池１０を介してアノードガス排出流路１８と連通しているため、アノードガス供給流路１６内の圧力とアノードガス排出流路１８内の圧力は同じである。すなわち、本実施形態のように圧力センサ６２をアノードガス供給流路１６に設けても、アノードガス排出流路１８内の圧力を検知することができる。 The pressure sensor 62 can detect the pressure and atmospheric pressure in the anode gas discharge channel 18. The pressure sensor 62 is electrically connected to the ECU 30 and transmits the detected pressure to the ECU 30. Since the anode gas supply channel 16 communicates with the anode gas discharge channel 18 via the fuel cell 10, the pressure in the anode gas supply channel 16 and the pressure in the anode gas discharge channel 18 are the same. . That is, even if the pressure sensor 62 is provided in the anode gas supply channel 16 as in the present embodiment, the pressure in the anode gas discharge channel 18 can be detected.
ＥＣＵ３０は、貯留部２６内の水３４が過冷却状態にあると判断した場合であって、ガス排出流路１８内の圧力が大気圧より低い場合には、開閉弁２４に開放指示を送信し又は開閉弁２４に開放指示とアクチュエータ３２に駆動指示とを送信し、アノードガス排出流路１８内が大気圧より高い場合には、アクチュエータ３２に駆動指示を送信することができるものである。凝固手段としてアクチュエータ３２を例としたが、上記説明した循環ポンプ、ガス供給装置等であってもよい。 When the ECU 30 determines that the water 34 in the storage unit 26 is in a supercooled state and the pressure in the gas discharge channel 18 is lower than the atmospheric pressure, the ECU 30 transmits an opening instruction to the on-off valve 24. Alternatively, the opening instruction and the driving instruction are transmitted to the actuator 32 to the on-off valve 24, and the driving instruction can be transmitted to the actuator 32 when the inside of the anode gas discharge channel 18 is higher than the atmospheric pressure. Although the actuator 32 is taken as an example of the coagulation means, the above-described circulation pump, gas supply device, or the like may be used.
図１１は、本実施形態に係る燃料電池システムの運転方法の一例を説明するためのフロー図である。燃料電池システムの運転方法は、図１０に示す燃料電池システム４を例に説明する。図１１に示すように、ステップＳ２０では、ＥＣＵ３０に燃料電池１０の稼働指令が入力される。稼働指令が入力されると、ステップＳ２２では、温度センサ２８により貯留部２６に貯留した水３４の温度が検知される。温度センサ２８により推定された水の温度推移に基づいて、ＥＣＵ３０により貯留部２６内の水が過冷却状態にあると判断されれば、ステップＳ２４において、圧力センサ６２により大気圧（Ｐ0）及びアノードガス排出流路１８内の圧力（Ｐ1）が検出される。 FIG. 11 is a flowchart for explaining an example of the operation method of the fuel cell system according to the present embodiment. The operation method of the fuel cell system will be described using the fuel cell system 4 shown in FIG. 10 as an example. As shown in FIG. 11, in step S <b> 20, an operation command for the fuel cell 10 is input to the ECU 30. When the operation command is input, in step S22, the temperature of the water 34 stored in the storage unit 26 is detected by the temperature sensor 28. If the ECU 30 determines that the water in the reservoir 26 is in a supercooled state based on the temperature transition of the water estimated by the temperature sensor 28, the atmospheric pressure (P 0 ) and the pressure sensor 62 in step S 24. The pressure (P 1 ) in the anode gas discharge channel 18 is detected.
アノードガス排出流路内の圧力（Ｐ1）が大気圧（Ｐ0）より低い場合には、ステップＳ２６において、ＥＣＵ３０から開閉弁２４に開放指示が送信され開閉弁２４が開けられる。上記のような圧力状態で、開閉弁２４が開けられると、アノードガス排出流路１８内に大気が流入し、流入した大気が貯留部２６内の水３４に吹き付けられる。その結果、吹きつけ時の衝撃により、水を凝固させることができる。また、アクチュエータ３２等の凝固手段を用いないで水を凝固させることができるため、燃料電池システムの省電力化が可能となる。 When the pressure (P 1 ) in the anode gas discharge channel is lower than the atmospheric pressure (P 0 ), an opening instruction is transmitted from the ECU 30 to the on-off valve 24 in step S26, and the on-off valve 24 is opened. When the on-off valve 24 is opened in the pressure state as described above, the atmosphere flows into the anode gas discharge flow path 18, and the air that flows in is blown against the water 34 in the storage unit 26. As a result, water can be solidified by the impact at the time of spraying. Further, since water can be solidified without using a solidifying means such as the actuator 32, it is possible to save power in the fuel cell system.
または、ステップＳ２６において、ＥＣＵ３０から開閉弁２４に開放指示が送信され開閉弁２４が開けられると共に、アクチュエータ３２に駆動信号が送信されアクチュエータ３２を駆動させてもよい。その結果、貯留部２６内の水３４へ与える振動をより強くすることができるため、貯留部２６内の水３４をより確実に凝固させることができる。そして、ステップＳ３０に進み、燃料電池１０を稼働させる。 Alternatively, in step S <b> 26, an opening instruction may be transmitted from the ECU 30 to the on-off valve 24 to open the on-off valve 24, and a drive signal may be transmitted to the actuator 32 to drive the actuator 32. As a result, since the vibration given to the water 34 in the storage part 26 can be strengthened, the water 34 in the storage part 26 can be solidified more reliably. In step S30, the fuel cell 10 is operated.
アノードガス排出流路１８内の圧力（Ｐ1）が大気圧（Ｐ0）以上の場合には、ステップＳ２８において、ＥＣＵ３０からアクチュエータ３２に駆動信号が送信され、アクチュエータ３２を駆動させる。アクチュエータ３２を駆動させて、貯留部２６内の水を振動させることにより、水を凝固させることができる。そして、ステップＳ３０に進み、燃料電池１０を稼働させる。 When the pressure (P 1 ) in the anode gas discharge channel 18 is equal to or higher than the atmospheric pressure (P 0 ), a drive signal is transmitted from the ECU 30 to the actuator 32 in step S28 to drive the actuator 32. The water can be solidified by driving the actuator 32 to vibrate the water in the reservoir 26. In step S30, the fuel cell 10 is operated.
このように、貯留部内の水が過冷却状態である場合に、貯留部に貯留した水に衝撃を与え凝固させることにより、燃料電池の稼働時に、貯留部内の水が反応ガスによって飛ばされて、開閉弁又はその付近で凝固することを抑制することができる。その結果、開閉弁の応答性の悪化、流路閉塞を抑制することができる。 In this way, when the water in the storage unit is in a supercooled state, by impacting and solidifying the water stored in the storage unit, the water in the storage unit is blown away by the reactive gas during operation of the fuel cell, It is possible to suppress coagulation at or near the on-off valve. As a result, the deterioration of the responsiveness of the on-off valve and the blockage of the flow path can be suppressed.
上記本実施形態に係る燃料電池システムは、例えば、携帯用パソコン等のモバイル機器用小型電源、自動車用電源、定置用電源等として使用することができる。 The fuel cell system according to the present embodiment can be used as, for example, a small power source for mobile devices such as a portable personal computer, an automobile power source, and a stationary power source.
１〜５ 燃料電池システム、１０，６４ 燃料電池、１２，６６ アノードガスボンベ、１４，６８ エアコンプレッサ、１６，７０ アノードガス供給流路、１８，７２ アノードガス排出流路、２０，７４ カソードガス供給流路、２２，７６ カソードガス排出流路、２４，７８ 開閉弁、２６，８０ 貯留部、２８ 温度センサ、３０ ＥＣＵ、３２ アクチュエータ、３４ 水、３６ 気液分離器、３８ 循環ポンプ、４０ 循環流路、４２ 本体、４４ 流入口、４６ 第１排出口、４８ 第２排出口、５０ イオン交換器、５２ 減圧弁、５４ ガス導入装置、５６ ガスボンベ、５８ ガス導入路、６０ 弁、６２ 圧力センサ。 1-5 Fuel cell system, 10, 64 Fuel cell, 12, 66 Anode gas cylinder, 14, 68 Air compressor, 16, 70 Anode gas supply flow path, 18, 72 Anode gas discharge flow path, 20, 74 Cathode gas supply flow Road, 22, 76 Cathode gas discharge channel, 24, 78 On-off valve, 26, 80 Reservoir, 28 Temperature sensor, 30 ECU, 32 Actuator, 34 Water, 36 Gas-liquid separator, 38 Circulation pump, 40 Circulation channel , 42 body, 44 inlet, 46 first outlet, 48 second outlet, 50 ion exchanger, 52 pressure reducing valve, 54 gas introduction device, 56 gas cylinder, 58 gas introduction path, 60 valve, 62 pressure sensor.
Claims (6)
前記燃料電池のパージ又は前記燃料電池の発電の際に、前記貯留部に貯留した水が過冷却状態にあるか否かを判断する判断手段と、
前記判断手段により過冷却状態にあると判断された場合に、前記貯留部に貯留した水を凝固させる凝固手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell; a gas discharge passage through which the gas discharged from the fuel cell passes; an opening / closing means for opening / closing the gas discharge passage; and a gas discharge passage upstream of the opening / closing means; A fuel cell system having a reservoir for storing water flowing in the discharge channel,
A determination means for determining whether or not the water stored in the storage portion is in a supercooled state during the purge of the fuel cell or the power generation of the fuel cell;
A fuel cell system comprising: a solidifying unit that solidifies the water stored in the storage unit when the determination unit determines that the supercooled state exists.
前記ガス導入路から前記貯留部に貯留した水へガスを吹き付けることによって、前記貯留部に貯留した水を凝固させることを特徴とする燃料電池システム。 3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the coagulation means introduces a gas supply source and a gas supplied from the gas supply source into the gas discharge flow path, and stores the gas from the opening / closing means side. A gas introduction path for spraying water stored in the section,
A fuel cell system characterized in that the water stored in the storage unit is solidified by blowing gas from the gas introduction path to the water stored in the storage unit.
前記貯留部に貯留した水が過冷却状態にあり、かつ前記圧力検知手段により検知されたガス排出路内の圧力が大気圧より低い場合には、前記判断手段は、前記開閉手段を開放させ、前記開閉手段から前記貯留部側へ大気を流入させることによって、前記凝固手段に代えて前記貯留部に貯留した水を凝固させることを特徴とする燃料電池システム。 5. The fuel cell system according to claim 3, further comprising pressure detection means for detecting a pressure and an atmospheric pressure in the gas discharge flow path, wherein the determination means further includes a pressure detected by the pressure detection means. According to the control of the opening and closing of the opening and closing means,
When the water stored in the storage unit is in a supercooled state and the pressure in the gas discharge path detected by the pressure detection unit is lower than atmospheric pressure, the determination unit opens the opening / closing unit, A fuel cell system characterized in that air stored in the reservoir is solidified in place of the solidification means by flowing air from the opening / closing means to the reservoir.
前記貯留部に貯留した水が過冷却状態にあり、かつ前記圧力検知手段により検知されたガス排出路内の圧力が大気圧より低い場合には、前記判断手段は、前記開閉手段を開放させ、前記開閉手段から前記貯留部側へ大気を流入させることによって、前記凝固手段と共に前記貯留部に貯留した水を凝固させることを特徴とする燃料電池システム。 5. The fuel cell system according to claim 3, further comprising pressure detection means for detecting a pressure and an atmospheric pressure in the gas discharge flow path, wherein the determination means further includes a pressure detected by the pressure detection means. According to the control of the opening and closing of the opening and closing means,
When the water stored in the storage unit is in a supercooled state and the pressure in the gas discharge path detected by the pressure detection unit is lower than atmospheric pressure, the determination unit opens the opening / closing unit, A fuel cell system characterized by coagulating water stored in the reservoir together with the coagulation means by flowing air from the opening / closing means to the reservoir.
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|---|---|---|---|---|
| JP2012002469A (en) * | 2010-06-21 | 2012-01-05 | Sanden Corp | Heat accumulating device |
| WO2012165073A1 (en) * | 2011-06-02 | 2012-12-06 | 日産自動車株式会社 | Fuel cell system |
| US9812718B2 (en) | 2011-06-02 | 2017-11-07 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
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