JP2009146656A - Fuel cell system - Google Patents

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Kazunori Fukuma
一教 福間
Hibiki Saeki
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system for reducing the amount of emission of hydrogen exhaust gas as surely discharging moisture at purging a hydrogen exhaust gas, and for realizing downsizing. <P>SOLUTION: The fuel cell system 1 includes a fuel cell 10 generating power by reacting hydrogen gas and air, a hydrogen discharge channel 44 supplying hydrogen exhaust gas discharged from an anode side of the fuel cell 10 to the anode side of the cell 10 again, and air discharge channel 42 discharging air exhaust gas discharged from a cathode side of the fuel cell 10 to outside. Further, the system includes a hydrogen chamber 25, a first chamber flow channel 46 communicating with the hydrogen discharge channel 44 and the hydrogen chamber 25 and with a chamber control valve 461 fitted, and a second chamber flow channel 47 communicating with the hydrogen chamber 25 and the air discharge channel 42 and with a discharge control valve 471 fitted. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。詳しくは、自動車に搭載される燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system. In detail, it is related with the fuel cell system mounted in a motor vehicle.

近年、自動車の新たな動力源として燃料電池システムが注目されている。燃料電池システムは、例えば、反応ガスを化学反応させて発電する燃料電池と、反応ガス流路を介して燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置と、この反応ガス供給装置を制御する制御装置と、を備える。   In recent years, fuel cell systems have attracted attention as a new power source for automobiles. The fuel cell system includes, for example, a fuel cell that generates a power by chemically reacting a reaction gas, a reaction gas supply device that supplies the reaction gas to the fuel cell via a reaction gas channel, and a control that controls the reaction gas supply device An apparatus.

燃料電池は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。ここで、各セルは、膜電極構造体(MEA)を一対のセパレータで挟持して構成され、膜電極構造体は、アノード電極(陽極)およびカソード電極(陰極)の2つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。   The fuel cell has, for example, a stack structure in which several tens to several hundreds of cells are stacked. Here, each cell is configured by sandwiching a membrane electrode structure (MEA) between a pair of separators. The membrane electrode structure includes two electrodes, an anode electrode (anode) and a cathode electrode (cathode), and these electrodes. And a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between the two.

この燃料電池のアノード電極に水素ガスを供給し、カソード電極に酸素を含む空気を供給すると、電気化学反応により発電する。   When hydrogen gas is supplied to the anode electrode of this fuel cell and air containing oxygen is supplied to the cathode electrode, power is generated by an electrochemical reaction.

以上の燃料電池システムでは、アノード系内の不純物および燃料電池内の水分を排出するために、水素パージが行われる(特許文献1参照)。水素パージとは、希釈装置を用いて、不純物を含む水素排ガスを排ガスに混合して希釈し、水素濃度を安全なレベルまで低下させて、大気に排出する処理である。
特開2003−132915号公報
In the fuel cell system described above, hydrogen purge is performed to discharge impurities in the anode system and moisture in the fuel cell (see Patent Document 1). Hydrogen purging is a process of diluting hydrogen exhaust gas containing impurities with exhaust gas by using a diluting device, reducing the hydrogen concentration to a safe level, and discharging it to the atmosphere.
JP 2003-132915 A

ところで、水素パージの際、水素循環流路内の水分を排出するため、ある程度の量の水素排ガスを一気に排出する必要がある。
しかしながら、希釈装置の容量が決まっているため、この希釈装置の容量に基づいてパージ量を調節することとなり、水分を確実に排出できない場合があった。
By the way, at the time of hydrogen purge, in order to discharge the water in the hydrogen circulation flow path, it is necessary to discharge a certain amount of hydrogen exhaust gas at a stretch.
However, since the capacity of the diluting device is determined, the purge amount is adjusted based on the capacity of the diluting device, and moisture may not be discharged reliably.

そこで、ある程度の量の水素排ガスを一気に排出できるように、希釈装置の容量を増大させる手法が考えられるが、この手法では、希釈装置が大型化する、という問題がある。
また、一度に多量の水素排ガスをパージすると、循環して再利用可能な水素濃度の高い水素排ガスを大気に排出することになり、エネルギ効率が低下する、という問題がある。
Therefore, a method of increasing the capacity of the diluting device can be considered so that a certain amount of hydrogen exhaust gas can be discharged at a stretch. However, this method has a problem that the diluting device becomes large.
In addition, if a large amount of hydrogen exhaust gas is purged at once, hydrogen exhaust gas having a high hydrogen concentration that can be circulated and reused is discharged to the atmosphere, resulting in a problem of reduced energy efficiency.

本発明は、水素排ガスをパージする際に、水分を確実に排出しつつ水素排ガスの排出量を低減でき、さらに小型化を実現できる燃料電池システムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a fuel cell system that can reduce the discharge amount of hydrogen exhaust gas while reliably discharging moisture when purging the hydrogen exhaust gas, and can further reduce the size.

本発明の燃料電池システム(例えば、後述の燃料電池システム1)は、水素ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池(例えば、後述の燃料電池10)と、当該燃料電池のアノード側から排出される水素排ガスを、再び、前記燃料電池のアノード側に供給する水素循環流路(例えば、後述の水素排出路44)と、前記燃料電池のカソード側から排出される酸化剤排ガスを外部に排出する酸化剤ガス排出流路(例えば、後述のエア排出路42)と、を備える燃料電池システムであって、水素チャンバ(例えば、後述の水素チャンバ25)と、前記水素循環流路と前記水素チャンバとを連通しかつチャンバ制御弁(例えば、後述のチャンバ制御弁461)が設けられた第1チャンバ流路(例えば、後述の第1チャンバ流路46)と、前記水素チャンバと前記酸化剤ガス排出流路とを連通しかつ排出制御弁(例えば、後述の排出制御弁471)が設けられた第2チャンバ流路(例えば、後述の第2チャンバ流路47)と、を備えることを特徴とする。   A fuel cell system (for example, a fuel cell system 1 described later) of the present invention includes a fuel cell (for example, a fuel cell 10 described later) that generates power by reacting hydrogen gas and an oxidant gas, and an anode side of the fuel cell. The hydrogen exhaust gas discharged from the fuel cell is again supplied to the anode side of the fuel cell (for example, a hydrogen discharge channel 44 described later), and the oxidant exhaust gas discharged from the cathode side of the fuel cell is externally supplied. An oxidant gas discharge passage (for example, an air discharge passage 42 described later) for discharging to a hydrogen chamber, a hydrogen chamber (for example, a hydrogen chamber 25 described later), the hydrogen circulation passage, A first chamber flow path (for example, a first chamber flow path 46 described later) provided with a chamber control valve (for example, a chamber control valve 461 described later) in communication with the hydrogen chamber; A second chamber flow path (for example, a second chamber flow path 47 to be described later) provided with a discharge control valve (for example, a discharge control valve 471 to be described later) in communication with the element chamber and the oxidant gas discharge flow path; It is characterized by providing.

この発明によれば、水素チャンバに水素排ガスを貯留し、その後、この貯留した水素排ガスを水素循環流路に戻す処理ができる(以降、第1の水素排ガス処理と呼ぶ)。また、水素チャンバに水素排ガスを貯留し、その後、この貯留した水素排ガスを酸化剤排出流路に排出する処理もできる(以降、第2の水素排ガス処理と呼ぶ)。   According to the present invention, it is possible to store hydrogen exhaust gas in the hydrogen chamber and then return the stored hydrogen exhaust gas to the hydrogen circulation channel (hereinafter referred to as first hydrogen exhaust gas processing). Further, it is also possible to store hydrogen exhaust gas in the hydrogen chamber and then discharge the stored hydrogen exhaust gas to the oxidant discharge flow path (hereinafter referred to as second hydrogen exhaust gas processing).

以下、第1の水素排ガス処理について説明する。
まず、水素チャンバ内の圧力を水素循環流路内の圧力よりも低くしておき、排出制御弁を閉鎖するとともにチャンバ制御弁を開放する。すると、第1チャンバ流路を介して、水素循環流路内の水素排ガスが水素チャンバに流入し、同時に、水素排ガスの圧力脈動により、水素排ガスに含まれる水分も水素チャンバに流入する。これにより、燃料電池および水素循環流路内の水分を確実に水素チャンバに排出できる。
Hereinafter, the first hydrogen exhaust gas treatment will be described.
First, the pressure in the hydrogen chamber is made lower than the pressure in the hydrogen circulation flow path, the exhaust control valve is closed, and the chamber control valve is opened. Then, the hydrogen exhaust gas in the hydrogen circulation channel flows into the hydrogen chamber via the first chamber channel, and at the same time, the moisture contained in the hydrogen exhaust gas also flows into the hydrogen chamber due to the pressure pulsation of the hydrogen exhaust gas. Thereby, the water | moisture content in a fuel cell and a hydrogen circulation flow path can be reliably discharged | emitted to a hydrogen chamber.

次に、チャンバ制御弁を閉鎖する。これにより、水素排ガスを水素チャンバ内に貯留する。   Next, the chamber control valve is closed. Thereby, hydrogen exhaust gas is stored in the hydrogen chamber.

その後、水素チャンバ内の圧力を水素循環流路内の圧力よりも高くしておき、チャンバ制御弁を開放する。すると、水素チャンバ内の水素排ガスは、再び水素循環流路に流入する。このとき、水素排ガスに含まれる水分のみが水素チャンバ内に残留する。よって、従来のように水分を排出するために多量の水素排ガスを一気に排出する必要がないので、水素排ガスの排出量を低減できる。   Thereafter, the pressure in the hydrogen chamber is set higher than the pressure in the hydrogen circulation channel, and the chamber control valve is opened. Then, the hydrogen exhaust gas in the hydrogen chamber flows into the hydrogen circulation channel again. At this time, only moisture contained in the hydrogen exhaust gas remains in the hydrogen chamber. Therefore, since it is not necessary to discharge a large amount of hydrogen exhaust gas at a time in order to discharge moisture as in the prior art, the amount of hydrogen exhaust gas discharged can be reduced.

また、水素チャンバ内に水素排ガスを貯留する際に、水素チャンバ内の圧力を水素循環流路の圧力に近い圧力、つまり、ある程度高い圧力にできるから、希釈装置を利用した場合に比べて、容積を効率よく利用して、物理的に多くの水素排ガスを貯留できる。よって、システムの小型化を実現できる。   In addition, when storing hydrogen exhaust gas in the hydrogen chamber, the pressure in the hydrogen chamber can be made close to the pressure of the hydrogen circulation flow path, that is, a somewhat high pressure. It is possible to physically store a large amount of hydrogen exhaust gas by efficiently using. Therefore, the system can be downsized.

以下、第2の水素排ガス処理について説明する。
水素チャンバに水素排ガスを貯留するまでの手順は、第1の制御方法と同様である。
水素チャンバに水素排ガスを貯留した後、酸化剤排ガス流路内の圧力を水素チャンバ内の圧力をよりも低くしておき、排出制御弁を開放し、第2チャンバ流路を介して、水素排ガスを徐々に酸化剤排ガス流路に排出する。これにより、従来のように水分を排出するために多量の水素排ガスを一気に排出する必要がないので、水素排ガスの排出量を低減できる。
また、水素排ガスと酸化剤排ガスとの圧力差を利用して、水素排ガスを酸化剤排ガスに混合できるので、水素濃度を容易に制御できる。
Hereinafter, the second hydrogen exhaust gas treatment will be described.
The procedure until the hydrogen exhaust gas is stored in the hydrogen chamber is the same as in the first control method.
After storing the hydrogen exhaust gas in the hydrogen chamber, the pressure in the oxidant exhaust gas flow path is made lower than the pressure in the hydrogen chamber, the discharge control valve is opened, and the hydrogen exhaust gas is passed through the second chamber flow path. Are gradually discharged to the oxidant exhaust gas flow path. Thereby, since it is not necessary to discharge | emit a lot of hydrogen exhaust gas at once in order to discharge | emit water like the past, the discharge | emission amount of hydrogen exhaust gas can be reduced.
Further, since the hydrogen exhaust gas can be mixed with the oxidant exhaust gas using the pressure difference between the hydrogen exhaust gas and the oxidant exhaust gas, the hydrogen concentration can be easily controlled.

本発明の燃料電池システムの制御方法は、水素ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池と、当該燃料電池のアノード側から排出される水素排ガスを、再び、前記燃料電池のアノード側に供給する水素循環流路と、前記燃料電池のカソード側から排出される酸化剤オフガスを外部に排出する酸化剤ガス排出流路と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、水素チャンバと、前記水素循環流路と前記水素チャンバとを連通しかつチャンバ制御弁が設けられた第1チャンバ流路と、前記水素チャンバと前記酸化剤ガス排出流路とを連通しかつ排出制御弁が設けられた第2チャンバ流路と、を設け、前記排出制御弁を閉鎖するとともに前記チャンバ制御弁を開放する第1ステップと、前記水素チャンバ内の圧力が前記酸化剤排出流路の圧力よりも高い所定圧力に到達すると、前記チャンバ制御弁を閉鎖する第2ステップと、前記排出制御弁を開放し、前記水素チャンバおよび前記酸化剤ガス排出流路の圧力差を利用して、前記水素チャンバ内に貯留された水素排ガスを前記酸化剤ガス排出流路に排出する第3ステップと、を備えることを特徴とする。   The control method for a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell that generates electricity by reacting hydrogen gas and oxidant gas, and hydrogen exhaust gas discharged from the anode side of the fuel cell. A control circuit for a fuel cell system, comprising: a hydrogen circulation channel for supplying to a fuel cell; and an oxidant gas discharge channel for discharging an oxidant off-gas discharged from the cathode side of the fuel cell to the outside, The hydrogen circulation channel and the hydrogen chamber communicate with each other and a chamber control valve is provided; the hydrogen chamber and the oxidant gas discharge channel communicate with each other; and a discharge control valve is provided. A first step of closing the discharge control valve and opening the chamber control valve, and the pressure in the hydrogen chamber is adjusted to discharge the oxidant discharge flow. A second step of closing the chamber control valve, the exhaust control valve is opened, and a pressure difference between the hydrogen chamber and the oxidant gas discharge flow path is utilized. And a third step of discharging the hydrogen exhaust gas stored in the hydrogen chamber into the oxidant gas discharge flow path.

所定圧力は、水素循環流路の圧力以下であり、かつ、酸化剤ガス排出流路の圧力よりも高ければ適宜設定されてよい。ここで、所定圧力を水素循環流路の圧力に近づけるほど、水素チャンバ内に貯留された水素排ガスを酸化剤ガス排出流路に排出する際に、圧力差を有効に利用できる。   The predetermined pressure may be appropriately set as long as it is equal to or lower than the pressure of the hydrogen circulation flow path and higher than the pressure of the oxidant gas discharge flow path. Here, the closer the predetermined pressure is to the pressure of the hydrogen circulation channel, the more effectively the pressure difference can be utilized when discharging the hydrogen exhaust gas stored in the hydrogen chamber to the oxidant gas discharge channel.

この発明によれば、上述の効果と同様の効果を得ることができる。   According to the present invention, the same effect as described above can be obtained.

この場合、前記第3ステップでは、前記排出制御弁を開放する際に、前記酸化剤ガス排出流路のうち前記第2チャンバ流路との合流点よりも下流側の水素濃度に基づいて、前記排出制御弁の開度を制御することが好ましい。   In this case, in the third step, when opening the discharge control valve, based on the hydrogen concentration downstream of the merging point with the second chamber flow path in the oxidant gas discharge flow path, It is preferable to control the opening degree of the discharge control valve.

この発明によれば、排出制御弁を開放する際に、水素排ガスを酸化剤排ガスに混合した後の水素濃度に基づいて、排出制御弁の開度を制御したので、外部に排出されるガスの水素濃度を精度よく制御できる。   According to this invention, when opening the discharge control valve, the opening degree of the discharge control valve is controlled based on the hydrogen concentration after mixing the hydrogen exhaust gas with the oxidant exhaust gas. The hydrogen concentration can be accurately controlled.

この場合、前記第3ステップでは、前記排出制御弁を開放する際に、前記水素チャンバ内の圧力と前記酸化剤ガス排出流路を流れる酸化剤排ガスの流量とに基づいて、前記排出制御弁の開度を制御することが好ましい。   In this case, in the third step, when the discharge control valve is opened, the discharge control valve is controlled based on the pressure in the hydrogen chamber and the flow rate of the oxidant exhaust gas flowing through the oxidant gas discharge passage. It is preferable to control the opening.

チャンバ内の水素濃度が判明していれば、水素チャンバ内の圧力と酸化剤ガス排出流路を流れる酸化剤排ガスの流量とに基づいて、水素排ガスを酸化剤排ガスに混合した後の水素濃度を算出できる。
よって、この発明によれば、排出制御弁を開放する際に、水素チャンバ内の圧力と酸化剤ガス排出流路を流れる酸化剤排ガスの流量とに基づいて、排出制御弁の開度を制御したので、外部に排出されるガスの水素濃度を精度よく制御できる。
If the hydrogen concentration in the chamber is known, the hydrogen concentration after mixing the hydrogen exhaust gas with the oxidant exhaust gas is determined based on the pressure in the hydrogen chamber and the flow rate of the oxidant exhaust gas flowing through the oxidant gas discharge channel. It can be calculated.
Therefore, according to the present invention, when opening the discharge control valve, the opening degree of the discharge control valve is controlled based on the pressure in the hydrogen chamber and the flow rate of the oxidant exhaust gas flowing through the oxidant gas discharge passage. Therefore, the hydrogen concentration of the gas discharged to the outside can be accurately controlled.

本発明の燃料電池システムは、水素ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池と、当該燃料電池のアノード側から排出される水素排ガスを、再び、前記燃料電池のアノード側に供給する水素循環流路と、前記燃料電池のカソード側から排出される酸化剤排ガスを外部に排出する酸化剤ガス排出流路と、を備える燃料電池システムであって、水素チャンバと、前記水素循環流路と前記水素チャンバとを連通しかつチャンバ制御弁が設けられた第1チャンバ流路と、を備えることを特徴とする。   In the fuel cell system of the present invention, a fuel cell that generates electricity by reacting hydrogen gas and oxidant gas, and hydrogen exhaust gas discharged from the anode side of the fuel cell are again supplied to the anode side of the fuel cell. A fuel cell system, comprising: a hydrogen circulation channel; and an oxidant gas discharge channel that discharges oxidant exhaust gas discharged from the cathode side of the fuel cell to the outside, wherein the hydrogen chamber and the hydrogen circulation channel And a first chamber flow path that communicates with the hydrogen chamber and is provided with a chamber control valve.

この発明によれば、上述の第1の水素排ガス処理と同様の効果がある。   According to this invention, there exists an effect similar to the above-mentioned 1st hydrogen exhaust gas treatment.

本発明の燃料電池システムの制御方法は、水素ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池と、当該燃料電池のアノード側から排出される水素排ガスを、再び、前記燃料電池のアノード側に供給する水素循環流路と、前記燃料電池のカソード側から排出される酸化剤オフガスを外部に排出する酸化剤ガス排出流路と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、水素チャンバと、前記水素循環流路と前記水素チャンバとを連通しかつチャンバ制御弁が設けられた第1チャンバ流路と、前記水素チャンバと前記酸化剤ガス排出流路とを連通しかつ排出制御弁が設けられた第2チャンバ流路と、を設け、前記水素循環経路内の圧力を上昇させる第1ステップと、前記チャンバ制御弁を開放し、前記水素チャンバ内の圧力が第1の圧力値に到達すると、前記チャンバ制御弁を閉鎖する第2ステップと、前記水素循環経路内の圧力を前記第1圧力値よりも低い第2の圧力値まで低下させる第3ステップと、前記チャンバ制御弁を開放し、前記水素チャンバ内の圧力が前記第1の圧力値よりも低く前記第2圧力値以上の第3の圧力値に到達すると、前記チャンバ制御弁を閉鎖する第4ステップと、を備えることを特徴とする。   The control method for a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell that generates electricity by reacting hydrogen gas and oxidant gas, and hydrogen exhaust gas discharged from the anode side of the fuel cell. A control circuit for a fuel cell system, comprising: a hydrogen circulation channel for supplying to a fuel cell; and an oxidant gas discharge channel for discharging an oxidant off-gas discharged from the cathode side of the fuel cell to the outside, The hydrogen circulation channel and the hydrogen chamber communicate with each other and a chamber control valve is provided; the hydrogen chamber and the oxidant gas discharge channel communicate with each other; and a discharge control valve is provided. A first step of increasing the pressure in the hydrogen circulation path, opening the chamber control valve, and the pressure in the hydrogen chamber is a first pressure value. A second step of closing the chamber control valve, a third step of reducing the pressure in the hydrogen circulation path to a second pressure value lower than the first pressure value, and opening the chamber control valve. And a fourth step of closing the chamber control valve when the pressure in the hydrogen chamber reaches a third pressure value lower than the first pressure value and greater than or equal to the second pressure value. Features.

この発明によれば、上述の第1の水素排ガス処理と同様の効果がある。   According to this invention, there exists an effect similar to the above-mentioned 1st hydrogen exhaust gas treatment.

本発明によれば、水素チャンバに水素排ガスを貯留し、その後、この貯留した水素排ガスを水素循環流路に戻す処理ができる。また、水素チャンバに水素排ガスを貯留し、その後、この貯留した水素排ガスを酸化剤排出流路に排出する処理もできる。これにより、燃料電池および水素循環流路内の水分を確実に水素チャンバに排出できる。また、従来のように水分を排出するために多量の水素排ガスを一気に排出する必要がないので、水素排ガスの排出量を低減できる。また、水素排ガスと酸化剤排ガスとの圧力差を利用して、水素排ガスを酸化剤排ガスに混合できるので、水素濃度を容易に制御できる。また、希釈装置を利用した場合に比べて、容積を効率よく利用して、物理的に多くの水素排ガスを貯留できる。よって、システムの小型化を実現できる。   According to the present invention, it is possible to store hydrogen exhaust gas in the hydrogen chamber and then return the stored hydrogen exhaust gas to the hydrogen circulation channel. Further, it is possible to store hydrogen exhaust gas in the hydrogen chamber and then discharge the stored hydrogen exhaust gas to the oxidant discharge channel. Thereby, the water | moisture content in a fuel cell and a hydrogen circulation channel can be reliably discharged | emitted to a hydrogen chamber. In addition, since it is not necessary to discharge a large amount of hydrogen exhaust gas at a time in order to discharge moisture as in the prior art, the amount of hydrogen exhaust gas discharged can be reduced. Further, since the hydrogen exhaust gas can be mixed with the oxidant exhaust gas using the pressure difference between the hydrogen exhaust gas and the oxidant exhaust gas, the hydrogen concentration can be easily controlled. Further, as compared with the case where a diluting device is used, a larger amount of hydrogen exhaust gas can be physically stored by efficiently using the volume. Therefore, the system can be downsized.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
〔第1実施形態〕
図1は、本発明の第1実施形態に係る燃料電池システム1のブロック図である。
燃料電池システム1は、車両に搭載され、反応ガスを反応させて発電を行う燃料電池10と、この燃料電池10に水素ガスやエア(空気)を供給する供給装置20と、これらを制御する制御装置30と、を有する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the embodiments, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram of a fuel cell system 1 according to the first embodiment of the present invention.
A fuel cell system 1 is mounted on a vehicle and generates a power by reacting a reaction gas, a supply device 20 for supplying hydrogen gas or air (air) to the fuel cell 10, and a control for controlling them. Device 30.

このような燃料電池10は、アノード電極(陽極)側に水素ガスが供給され、カソード電極(陰極)側に酸化剤ガスとしての酸素を含むエアが供給されると、電気化学反応により発電する。   Such a fuel cell 10 generates power by an electrochemical reaction when hydrogen gas is supplied to the anode electrode (anode) side and air containing oxygen as an oxidant gas is supplied to the cathode electrode (cathode) side.

供給装置20は、燃料電池10のカソード電極側にエアを供給するエアポンプ21と、アノード電極側に水素ガスを供給する水素タンク22およびエゼクタ24と、燃料電池10から排出されるガスを処理する希釈器23と、水素チャンバ25と、を含んで構成される。   The supply device 20 includes an air pump 21 that supplies air to the cathode electrode side of the fuel cell 10, a hydrogen tank 22 and ejector 24 that supply hydrogen gas to the anode electrode side, and a dilution that processes the gas discharged from the fuel cell 10. And a hydrogen chamber 25.

エアポンプ21は、エア供給路41を介して、燃料電池10のカソード電極側に接続されている。   The air pump 21 is connected to the cathode electrode side of the fuel cell 10 via an air supply path 41.

燃料電池10のカソード電極側には、外部に連通する酸化剤ガス排出流路としてのエア排出路42が接続され、このエア排出路42の途中には、上述の希釈器23が設けられる。   On the cathode electrode side of the fuel cell 10, an air discharge path 42 as an oxidant gas discharge path communicating with the outside is connected, and the above-described diluter 23 is provided in the middle of the air discharge path 42.

水素タンク22は、水素供給路43を介して、燃料電池10のアノード電極側に接続されている。
水素供給路43には、上流側から順に、1次レギュレータ431、遮断弁432、2次レギュレータ433、熱交換器434、およびエゼクタ24が設けられる。
The hydrogen tank 22 is connected to the anode electrode side of the fuel cell 10 through a hydrogen supply path 43.
In the hydrogen supply path 43, a primary regulator 431, a shut-off valve 432, a secondary regulator 433, a heat exchanger 434, and an ejector 24 are provided in this order from the upstream side.

燃料電池10のアノード電極側には、水素循環流路としての水素排出路44が接続され、この水素排出路44は、希釈器23に接続される。この水素排出路44には、パージ弁441が設けられている。また、水素排出路44のうちパージ弁441よりも燃料電池10側では、水素排出路44が分岐されて水素還流路45となり、この水素還流路45は、上述のエゼクタ24に接続されている。また、水素還流路45には、水素ガスの逆流を防止する逆止弁451が設けられている。   A hydrogen discharge path 44 as a hydrogen circulation flow path is connected to the anode electrode side of the fuel cell 10, and this hydrogen discharge path 44 is connected to the diluter 23. A purge valve 441 is provided in the hydrogen discharge path 44. Further, in the hydrogen discharge path 44, on the fuel cell 10 side of the purge valve 441, the hydrogen discharge path 44 is branched to become a hydrogen recirculation path 45, and the hydrogen recirculation path 45 is connected to the ejector 24 described above. The hydrogen recirculation path 45 is provided with a check valve 451 that prevents the backflow of hydrogen gas.

水素排出路44には、第1チャンバ流路46が接続され、この第1チャンバ流路46は、水素排出路44と水素チャンバ25とを連通する。また、この第1チャンバ流路46には、チャンバ制御弁461が設けられる。このチャンバ制御弁461の構造としては、ソレノイドなどの電動アクチュエータで作動するバルブ、圧力差により動作するレギュレータ、および、逆止弁などが挙げられる。   A first chamber flow path 46 is connected to the hydrogen discharge path 44, and the first chamber flow path 46 communicates the hydrogen discharge path 44 and the hydrogen chamber 25. In addition, a chamber control valve 461 is provided in the first chamber flow path 46. Examples of the structure of the chamber control valve 461 include a valve that is operated by an electric actuator such as a solenoid, a regulator that operates by a pressure difference, and a check valve.

エゼクタ24は、燃料電池10から水素排出路44に排出された水素オフガスを、水素還流路45を通して回収し、水素供給路43に還流する。   The ejector 24 collects the hydrogen off-gas discharged from the fuel cell 10 to the hydrogen discharge path 44 through the hydrogen reflux path 45 and returns it to the hydrogen supply path 43.

制御装置30は、第1の水素排ガス処理部31を備え、供給装置20を制御して燃料電池10を発電させるほか、この第1の水素排ガス処理部31により、燃料電池10から排出される水素排ガスを処理する。   The control device 30 includes a first hydrogen exhaust gas processing unit 31, controls the supply device 20 to generate power in the fuel cell 10, and generates hydrogen discharged from the fuel cell 10 by the first hydrogen exhaust gas processing unit 31. Treat the exhaust gas.

具体的には、制御装置30は、以下の手順で燃料電池10を発電させる。
すなわち、パージ弁441を閉じるとともに、遮断弁432を開く。そして、エアポンプ21を駆動することにより、エア供給路41を介して、燃料電池10のカソード側にエアを供給する。同時に、水素タンク22から、水素供給路43を介して、燃料電池10のアノード側に水素ガスを供給する。
Specifically, the control device 30 generates power in the fuel cell 10 according to the following procedure.
That is, the purge valve 441 is closed and the shut-off valve 432 is opened. Then, by driving the air pump 21, air is supplied to the cathode side of the fuel cell 10 through the air supply path 41. At the same time, hydrogen gas is supplied from the hydrogen tank 22 to the anode side of the fuel cell 10 through the hydrogen supply path 43.

燃料電池10に供給された水素排ガスおよびエアは、発電に供された後、燃料電池10からアノード側の生成水などの残留水と共に、水素排出路44およびエア排出路42に流入する。パージ弁441は閉じているので、水素排出路44に流れた水素排ガスは、水素還流路45を通って水素供給路43に還流されて、再び、燃料電池に供給される。   The hydrogen exhaust gas and air supplied to the fuel cell 10 are supplied to the power generation system, and then flow into the hydrogen discharge path 44 and the air discharge path 42 together with residual water such as produced water on the anode side from the fuel cell 10. Since the purge valve 441 is closed, the hydrogen exhaust gas flowing into the hydrogen discharge path 44 is returned to the hydrogen supply path 43 through the hydrogen reflux path 45 and supplied again to the fuel cell.

その後、パージ弁441を適当な開度で開くことにより、水素排出路44に排出された水素排ガスは、希釈器23に流入する。この希釈器23に流入した水素排ガスは、希釈器23において、エア排出路42を流れるエア排ガスで希釈されて、外部に排出される。   Thereafter, by opening the purge valve 441 at an appropriate opening degree, the hydrogen exhaust gas discharged to the hydrogen discharge path 44 flows into the diluter 23. The hydrogen exhaust gas flowing into the diluter 23 is diluted with the air exhaust gas flowing through the air discharge passage 42 in the diluter 23 and discharged to the outside.

第1の水素排ガス処理部31の動作を、図2のフローチャートを用いて説明する。
ST1では、水素排出路44内の圧力を第1の圧力値まで上昇させる。この第1の圧力値は、水素チャンバ内の圧力値よりも高い値である。
ST2では、チャンバ制御弁461を開放する。すると、水素排出路44内の水素排ガスが水素チャンバ25に流入するので、水素チャンバ25内の圧力が上昇する。
The operation of the first hydrogen exhaust gas processing unit 31 will be described with reference to the flowchart of FIG.
In ST1, the pressure in the hydrogen discharge path 44 is increased to the first pressure value. This first pressure value is higher than the pressure value in the hydrogen chamber.
In ST2, the chamber control valve 461 is opened. Then, since the hydrogen exhaust gas in the hydrogen discharge path 44 flows into the hydrogen chamber 25, the pressure in the hydrogen chamber 25 increases.

ST3では、水素チャンバ25内の圧力が水素排出路44内の圧力つまり第1の圧力値に到達したか否かを判定する。この判定がNOの場合には、ST2に戻り、YESの場合には、ST4に移る。
ST4では、チャンバ制御弁461を閉鎖し、水素排出路44内の圧力が第1の圧力値よりも低い第2の圧力値まで低下させる。これにより、水素チャンバ内の圧力を水素循環流路内の圧力よりも高くする。
In ST3, it is determined whether or not the pressure in the hydrogen chamber 25 has reached the pressure in the hydrogen discharge path 44, that is, the first pressure value. If this determination is NO, the process returns to ST2, and if YES, the process moves to ST4.
In ST4, the chamber control valve 461 is closed, and the pressure in the hydrogen discharge path 44 is lowered to a second pressure value lower than the first pressure value. Thereby, the pressure in a hydrogen chamber is made higher than the pressure in a hydrogen circulation channel.

ST5では、チャンバ制御弁461を開放する。すると、水素チャンバ25内の水素ガスが水素排出路44内に流入するので、水素排出路44内の圧力が上昇する。
ST6では、水素チャンバ25内の圧力が第1の圧力値よりも低く第2の圧力値以上の第3の圧力値、ここでは第2の圧力値に到達したか否かを判定する。この判定がNOの場合には、ST5に戻り、YESの場合には、ST7に移る。
ST7では、チャンバ制御弁461を閉鎖する。
In ST5, the chamber control valve 461 is opened. Then, since the hydrogen gas in the hydrogen chamber 25 flows into the hydrogen discharge path 44, the pressure in the hydrogen discharge path 44 increases.
In ST6, it is determined whether or not the pressure in the hydrogen chamber 25 has reached a third pressure value lower than the first pressure value and greater than or equal to the second pressure value, here the second pressure value. If this determination is NO, the process returns to ST5, and if YES, the process moves to ST7.
In ST7, the chamber control valve 461 is closed.

図3は、第1の水素排ガス処理部31の動作のタイミングチャートである。
時刻t1からt2の期間、水素排出路44内の圧力が第2の圧力値から第1の圧力値まで上昇する。
時刻t3では、チャンバ制御弁461を開放する。すると、水素排出路44内の水素排ガスが水素チャンバ25に流入するので、水素チャンバ25内の圧力が上昇する。
時刻t4では、水素チャンバ25内の圧力が水素排出路44内の圧力つまり第1の圧力値に到達したので、チャンバ制御弁461を閉鎖する。
時刻t5からt6の期間、水素排出路44内の圧力を第2の圧力値まで低下させる。
FIG. 3 is a timing chart of the operation of the first hydrogen exhaust gas treatment unit 31.
During the period from time t1 to t2, the pressure in the hydrogen discharge path 44 increases from the second pressure value to the first pressure value.
At time t3, the chamber control valve 461 is opened. Then, since the hydrogen exhaust gas in the hydrogen discharge path 44 flows into the hydrogen chamber 25, the pressure in the hydrogen chamber 25 increases.
At time t4, since the pressure in the hydrogen chamber 25 has reached the pressure in the hydrogen discharge passage 44, that is, the first pressure value, the chamber control valve 461 is closed.
During the period from time t5 to t6, the pressure in the hydrogen discharge path 44 is reduced to the second pressure value.

時刻t7では、チャンバ制御弁461を開放する。すると、水素チャンバ25内の水素ガスが水素排出路44内に流入するので、水素排出路44内の圧力が上昇する。ここで、水素チャンバ25内の水素ガスを水素排出路44内に徐々に流入させるため、チャンバ制御弁461の開放および閉鎖を繰り返す。
時刻t8では、水素チャンバ25内の圧力が第2の圧力値に到達したので、チャンバ制御弁461を完全に閉鎖する。
At time t7, the chamber control valve 461 is opened. Then, since the hydrogen gas in the hydrogen chamber 25 flows into the hydrogen discharge path 44, the pressure in the hydrogen discharge path 44 increases. Here, in order to gradually flow the hydrogen gas in the hydrogen chamber 25 into the hydrogen discharge path 44, the chamber control valve 461 is repeatedly opened and closed.
At time t8, since the pressure in the hydrogen chamber 25 reaches the second pressure value, the chamber control valve 461 is completely closed.

図4は、水素排出路内の圧力と水素チャンバに貯留可能な水素ガス量との関係を示す図である。
図4に示すように、水素排出路内の圧力が上昇するに従って、水素チャンバに貯留可能な水素ガス量も増加する。よって、水素排出路内の圧力を高めることで、水素チャンバの容積を効率よく利用して、物理的に多くの水素排ガスを貯留でき、システムの小型化を実現できることが判る。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the pressure in the hydrogen discharge passage and the amount of hydrogen gas that can be stored in the hydrogen chamber.
As shown in FIG. 4, as the pressure in the hydrogen discharge path increases, the amount of hydrogen gas that can be stored in the hydrogen chamber also increases. Therefore, it can be seen that by increasing the pressure in the hydrogen discharge passage, the volume of the hydrogen chamber can be efficiently used to physically store a large amount of hydrogen exhaust gas, and the system can be downsized.

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
(1)まず、水素チャンバ25内の圧力を水素排出路44内の圧力よりも低くしておき、チャンバ制御弁25を開放する。すると、第1チャンバ流路46を介して、水素排出路44内の水素排ガスが水素チャンバ25に流入し、同時に、水素排ガスの圧力脈動により、水素排ガスに含まれる水分も水素チャンバ25に流入する。これにより、燃料電池10および水素排出路44内の水分を確実に水素チャンバ25に排出できる。
According to this embodiment, there are the following effects.
(1) First, the pressure in the hydrogen chamber 25 is set lower than the pressure in the hydrogen discharge passage 44, and the chamber control valve 25 is opened. Then, the hydrogen exhaust gas in the hydrogen discharge path 44 flows into the hydrogen chamber 25 through the first chamber flow path 46, and at the same time, moisture contained in the hydrogen exhaust gas also flows into the hydrogen chamber 25 due to the pressure pulsation of the hydrogen exhaust gas. . Thereby, the water in the fuel cell 10 and the hydrogen discharge path 44 can be reliably discharged to the hydrogen chamber 25.

次に、チャンバ制御弁461を閉鎖する。これにより、水素排ガスを水素チャンバ25内に貯留する。   Next, the chamber control valve 461 is closed. Thereby, hydrogen exhaust gas is stored in the hydrogen chamber 25.

その後、水素チャンバ25内の圧力を水素排出路44内の圧力よりも高くしておき、チャンバ制御弁461を開放する。すると、水素チャンバ25内の水素排ガスは、再び水素排出路44に流入する。このとき、水素排ガスに含まれる水分のみが水素チャンバ25内に残留する。よって、従来のように水分を排出するために多量の水素排ガスを一気に排出する必要がないので、水素排ガスの排出量を低減できる。   Thereafter, the pressure in the hydrogen chamber 25 is set higher than the pressure in the hydrogen discharge passage 44, and the chamber control valve 461 is opened. Then, the hydrogen exhaust gas in the hydrogen chamber 25 flows into the hydrogen discharge path 44 again. At this time, only water contained in the hydrogen exhaust gas remains in the hydrogen chamber 25. Therefore, since it is not necessary to discharge a large amount of hydrogen exhaust gas at a time in order to discharge moisture as in the prior art, the amount of hydrogen exhaust gas discharged can be reduced.

また、水素チャンバ25内に水素排ガスを貯留する際に、水素チャンバ25内の圧力を水素排出路44の圧力に近い圧力、つまり、ある程度高い圧力にできるから、希釈装置を利用した場合に比べて、容積を効率よく利用して、物理的に多くの水素排ガスを貯留できる。よって、システムの小型化を実現できる。   Further, when hydrogen exhaust gas is stored in the hydrogen chamber 25, the pressure in the hydrogen chamber 25 can be set to a pressure close to the pressure of the hydrogen discharge passage 44, that is, a somewhat high pressure. By using the volume efficiently, a lot of hydrogen exhaust gas can be physically stored. Therefore, the system can be downsized.

〔第2実施形態〕
図5は、本発明の第2実施形態に係る燃料電池システム1Aのブロック図である。
本実施形態では、希釈器23が設けられておらず、第2チャンバ流路47が設けられている点、および制御装置30Aの構成が、第1実施形態と異なる。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a block diagram of a fuel cell system 1A according to the second embodiment of the present invention.
In the present embodiment, the diluter 23 is not provided, the second chamber flow path 47 is provided, and the configuration of the control device 30A is different from that of the first embodiment.

具体的には、水素チャンバ25は、第2チャンバ流路47を介して、エア排出路42に接続されている。すなわち、この第2チャンバ流路47は、水素チャンバ25とエア排出路42とを連通する。この第2チャンバ流路47には、排出制御弁471が設けられる。この排出制御弁471の構造は、チャンバ制御弁461と同様である。
また、エア排出路42のうち第2チャンバ流路47との合流点よりも下流側には、水素濃度を検出する濃度センサ421が設けられる。
Specifically, the hydrogen chamber 25 is connected to the air discharge path 42 via the second chamber flow path 47. That is, the second chamber channel 47 communicates the hydrogen chamber 25 and the air discharge path 42. A discharge control valve 471 is provided in the second chamber channel 47. The structure of the discharge control valve 471 is the same as that of the chamber control valve 461.
Further, a concentration sensor 421 that detects the hydrogen concentration is provided on the downstream side of the air discharge passage 42 from the junction with the second chamber passage 47.

制御装置30Aは、第1の水素排ガス処理部31に加えて、第2の水素排ガス処理部32を備えており、第1の水素排ガス処理部31または第2の水素排ガス処理部32を選択的に動作させる。
なお、第1の水素排ガス処理部31を動作させる場合には、排出制御弁471を閉じた状態で動作させる。
The control device 30A includes a second hydrogen exhaust gas processing unit 32 in addition to the first hydrogen exhaust gas processing unit 31, and selectively selects the first hydrogen exhaust gas processing unit 31 or the second hydrogen exhaust gas processing unit 32. To work.
In addition, when operating the 1st hydrogen waste gas processing part 31, it operates with the discharge control valve 471 closed.

第2の水素排ガス処理部32の動作を、図6のフローチャートを用いて説明する。
ST1では、水素チャンバ25内の圧力を水素排出路44内の圧力よりも低くしておき、排出制御弁471を閉鎖して、チャンバ制御弁461を開放する。すると、水素排出路44内の水素排ガスが水素チャンバ25に流入するので、水素チャンバ25内の圧力が上昇する。
ST2では、水素チャンバ25内の圧力が水素排出路44内の圧力に到達したか否かを判定する。この判定がNOの場合には、ST1に戻り、YESの場合には、ST3に移る。
The operation of the second hydrogen exhaust gas treatment unit 32 will be described with reference to the flowchart of FIG.
In ST1, the pressure in the hydrogen chamber 25 is set lower than the pressure in the hydrogen discharge path 44, the discharge control valve 471 is closed, and the chamber control valve 461 is opened. Then, since the hydrogen exhaust gas in the hydrogen discharge path 44 flows into the hydrogen chamber 25, the pressure in the hydrogen chamber 25 increases.
In ST2, it is determined whether or not the pressure in the hydrogen chamber 25 has reached the pressure in the hydrogen discharge passage 44. If this determination is NO, the process returns to ST1, and if YES, the process moves to ST3.

ST3では、チャンバ制御弁461を閉鎖する。
ST4では、エア排出路42内の圧力を水素チャンバ25内の圧力をよりも低くしておき、排出制御弁471を開放する。すると、水素チャンバ25内の水素ガスがエア排出路42内に流入するので、水素チャンバ25内の圧力が低下する。ここで、濃度センサ421で検出した水素濃度に基づいて、排出制御弁471の開度を制御する。
ST5では、水素チャンバ25内の圧力がエア排出路42内の圧力値に到達したか否かを判定する。この判定がNOの場合には、ST4に戻り、YESの場合には、ST6に移る。
ST6では、排出制御弁471を閉鎖する。
In ST3, the chamber control valve 461 is closed.
In ST4, the pressure in the air discharge path 42 is set lower than the pressure in the hydrogen chamber 25, and the discharge control valve 471 is opened. Then, since the hydrogen gas in the hydrogen chamber 25 flows into the air discharge path 42, the pressure in the hydrogen chamber 25 decreases. Here, the opening degree of the discharge control valve 471 is controlled based on the hydrogen concentration detected by the concentration sensor 421.
In ST5, it is determined whether or not the pressure in the hydrogen chamber 25 has reached the pressure value in the air discharge path. If this determination is NO, the process returns to ST4, and if YES, the process proceeds to ST6.
In ST6, the discharge control valve 471 is closed.

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
(2)水素チャンバ25に水素排ガスを貯留した後、水素チャンバ25内の圧力をエア排出路42内の圧力よりも高くしておき、排出制御弁471を開放し、第2チャンバ流路47を介して、水素排ガスを徐々にエア排出路42に排出する。これにより、従来のように水分を排出するために多量の水素排ガスを一気に排出する必要がないので、水素排ガスの排出量を低減できる。
また、水素排ガスと酸化剤排ガスとの圧力差を利用して、水素排ガスを酸化剤排ガスに混合できるので、水素濃度を容易に制御できる。
According to this embodiment, there are the following effects.
(2) After storing the hydrogen exhaust gas in the hydrogen chamber 25, the pressure in the hydrogen chamber 25 is set higher than the pressure in the air discharge passage 42, the discharge control valve 471 is opened, and the second chamber passage 47 is opened. Then, the hydrogen exhaust gas is gradually discharged to the air discharge path 42. Thereby, since it is not necessary to discharge | emit a lot of hydrogen exhaust gas at once in order to discharge | emit water like the past, the discharge | emission amount of hydrogen exhaust gas can be reduced.
Further, since the hydrogen exhaust gas can be mixed with the oxidant exhaust gas using the pressure difference between the hydrogen exhaust gas and the oxidant exhaust gas, the hydrogen concentration can be easily controlled.

(3)排出制御弁471を開放する際に、水素排ガスをエア排ガスに混合した後の水素濃度に基づいて、排出制御弁471の開度を制御することになるので、外部に排出されるガスの水素濃度を精度よく制御できる。   (3) When opening the discharge control valve 471, the opening degree of the discharge control valve 471 is controlled based on the hydrogen concentration after the hydrogen exhaust gas is mixed with the air exhaust gas. Can accurately control the hydrogen concentration.

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、本発明の第2実施形態では、排出制御弁471を開放する際に、濃度センサ421を設けて、この濃度センサ421で検出した水素濃度に基づいて、排出制御弁471の開度を制御したが、これに限らない。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, and the like within the scope in which the object of the present invention can be achieved are included in the present invention.
For example, in the second embodiment of the present invention, when opening the discharge control valve 471, a concentration sensor 421 is provided, and the opening degree of the discharge control valve 471 is controlled based on the hydrogen concentration detected by the concentration sensor 421. However, it is not limited to this.

すなわち、濃度センサ421の代わりに、水素チャンバ内の圧力を検出する圧力センサと、エア排出路42を流れるエア排ガスの流量を検出する流量センサと、を設けて、この圧力センサで検出した水素チャンバ内の圧力と、流量センサで検出したエア排出路42を流れるエア排ガスの流量と、に基づいて、排出制御弁の開度を制御してもよい。
このようにしても、外部に排出されるガスの水素濃度を精度よく制御できる。
That is, instead of the concentration sensor 421, a pressure sensor that detects the pressure in the hydrogen chamber and a flow rate sensor that detects the flow rate of the air exhaust gas flowing through the air discharge path 42 are provided, and the hydrogen chamber detected by this pressure sensor The opening degree of the discharge control valve may be controlled based on the internal pressure and the flow rate of the air exhaust gas flowing through the air discharge path 42 detected by the flow sensor.
Even in this case, the hydrogen concentration of the gas discharged to the outside can be accurately controlled.

本発明の第1実施形態に係る燃料電池システムのブロック図である。1 is a block diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 前記実施形態に係る燃料電池システムの第1の水素排ガス処理のフローチャートである。It is a flowchart of the 1st hydrogen exhaust gas process of the fuel cell system which concerns on the said embodiment. 前記実施形態に係る燃料電池システムの第1の水素排ガス処理のタイミングチャートである。It is a timing chart of the first hydrogen exhaust gas treatment of the fuel cell system according to the embodiment. 前記実施形態に係る燃料電池システムの水素循環流路内の圧力と水素チャンバに貯留可能な水素ガス量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the pressure in the hydrogen circulation flow path of the fuel cell system which concerns on the said embodiment, and the amount of hydrogen gas which can be stored in a hydrogen chamber. 本発明の第2実施形態に係る燃料電池システムのブロック図である。It is a block diagram of the fuel cell system concerning a 2nd embodiment of the present invention. 前記実施形態に係る燃料電池システムの第2の水素排ガス処理のフローチャートである。It is a flowchart of the 2nd hydrogen exhaust gas process of the fuel cell system which concerns on the said embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1、1A 燃料電池システム
10 燃料電池
25 水素チャンバ
42 エア排出路(酸化剤ガス排出流路)
44 水素排出路(水素循環流路)
46 第1チャンバ流路
47 第2チャンバ流路
461 チャンバ制御弁
471 排出制御弁
1, 1A Fuel cell system 10 Fuel cell 25 Hydrogen chamber 42 Air discharge path (oxidant gas discharge path)
44 Hydrogen discharge passage (hydrogen circulation passage)
46 First chamber flow path 47 Second chamber flow path 461 Chamber control valve 471 Ejection control valve

Claims (6)

水素ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池と、
当該燃料電池のアノード側から排出される水素排ガスを前記アノード側に供給する水素循環流路と、
前記燃料電池のカソード側から排出される酸化剤排ガスを外部に排出する酸化剤ガス排出流路と、を備える燃料電池システムであって、
水素チャンバと、
前記水素循環流路と前記水素チャンバとを連通しかつチャンバ制御弁が設けられた第1チャンバ流路と、
前記水素チャンバと前記酸化剤ガス排出流路とを連通しかつ排出制御弁が設けられた第2チャンバ流路と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell that generates electricity by reacting hydrogen gas and oxidant gas; and
A hydrogen circulation passage for supplying hydrogen exhaust gas discharged from the anode side of the fuel cell to the anode side;
An oxidant gas discharge passage for discharging the oxidant exhaust gas discharged from the cathode side of the fuel cell to the outside, a fuel cell system comprising:
A hydrogen chamber;
A first chamber flow path communicating with the hydrogen circulation flow path and the hydrogen chamber and provided with a chamber control valve;
A fuel cell system comprising: a second chamber flow path that communicates the hydrogen chamber and the oxidant gas discharge flow path and is provided with a discharge control valve.
水素ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池と、当該燃料電池のアノード側から排出される水素排ガスを前記アノード側に供給する水素循環流路と、前記燃料電池のカソード側から排出される酸化剤オフガスを外部に排出する酸化剤ガス排出流路と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
水素チャンバと、前記水素循環流路と前記水素チャンバとを連通しかつチャンバ制御弁が設けられた第1チャンバ流路と、前記水素チャンバと前記酸化剤ガス排出流路とを連通しかつ排出制御弁が設けられた第2チャンバ流路と、を設け、
前記排出制御弁を閉鎖するとともに前記チャンバ制御弁を開放する第1ステップと、
前記水素チャンバ内の圧力が前記酸化剤排出流路の圧力よりも高い所定圧力に到達すると、前記チャンバ制御弁を閉鎖する第2ステップと、
前記排出制御弁を開放し、前記水素チャンバおよび前記酸化剤ガス排出流路の圧力差を利用して、前記水素チャンバ内に貯留された水素排ガスを前記酸化剤ガス排出流路に排出する第3ステップと、を備えることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
A fuel cell that generates electricity by reacting hydrogen gas and oxidant gas, a hydrogen circulation channel that supplies hydrogen exhaust gas discharged from the anode side of the fuel cell to the anode side, and a discharge from the cathode side of the fuel cell A control method for a fuel cell system, comprising: an oxidant gas discharge passage for discharging an oxidant offgas to be discharged to the outside,
A hydrogen chamber, a first chamber channel that communicates with the hydrogen circulation channel and the hydrogen chamber and is provided with a chamber control valve, and a hydrogen chamber and the oxidant gas discharge channel that communicate with each other. A second chamber flow path provided with a valve,
A first step of closing the discharge control valve and opening the chamber control valve;
A second step of closing the chamber control valve when the pressure in the hydrogen chamber reaches a predetermined pressure higher than the pressure of the oxidant discharge channel;
The exhaust control valve is opened, and the hydrogen exhaust gas stored in the hydrogen chamber is discharged to the oxidant gas discharge channel using the pressure difference between the hydrogen chamber and the oxidant gas discharge channel. And a control method for a fuel cell system.
請求項2に記載の燃料電池システムの制御方法において、
前記第3ステップでは、前記排出制御弁を開放する際に、前記酸化剤ガス排出流路のうち前記第2チャンバ流路との合流点よりも下流側の水素濃度に基づいて、前記排出制御弁の開度を制御することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
In the control method of the fuel cell system according to claim 2,
In the third step, when the discharge control valve is opened, the discharge control valve is based on the hydrogen concentration downstream of the merging point with the second chamber flow path in the oxidant gas discharge flow path. A control method for a fuel cell system, wherein the opening degree of the fuel cell system is controlled.
請求項2に記載の燃料電池システムの制御方法において、
前記第3ステップでは、前記排出制御弁を開放する際に、前記水素チャンバ内の圧力と前記酸化剤ガス排出流路を流れる酸化剤排ガスの流量とに基づいて、前記排出制御弁の開度を制御することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
In the control method of the fuel cell system according to claim 2,
In the third step, when opening the discharge control valve, the opening degree of the discharge control valve is set based on the pressure in the hydrogen chamber and the flow rate of the oxidant exhaust gas flowing through the oxidant gas discharge passage. A control method for a fuel cell system, comprising: controlling the fuel cell system.
水素ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池と、
当該燃料電池のアノード側から排出される水素排ガスを前記アノード側に供給する水素循環流路と、
前記燃料電池のカソード側から排出される酸化剤排ガスを外部に排出する酸化剤ガス排出流路と、を備える燃料電池システムであって、
水素チャンバと、
前記水素循環流路と前記水素チャンバとを連通しかつチャンバ制御弁が設けられた第1チャンバ流路と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell that generates electricity by reacting hydrogen gas and oxidant gas; and
A hydrogen circulation passage for supplying hydrogen exhaust gas discharged from the anode side of the fuel cell to the anode side;
An oxidant gas discharge passage for discharging the oxidant exhaust gas discharged from the cathode side of the fuel cell to the outside, a fuel cell system comprising:
A hydrogen chamber;
A fuel cell system comprising: a first chamber channel that communicates the hydrogen circulation channel and the hydrogen chamber and is provided with a chamber control valve.
水素ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池と、当該燃料電池のアノード側から排出される水素排ガスを前記アノード側に供給する水素循環流路と、前記燃料電池のカソード側から排出される酸化剤オフガスを外部に排出する酸化剤ガス排出流路と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
水素チャンバと、前記水素循環流路と前記水素チャンバとを連通しかつチャンバ制御弁が設けられた第1チャンバ流路と、前記水素チャンバと前記酸化剤ガス排出流路とを連通しかつ排出制御弁が設けられた第2チャンバ流路と、を設け、
前記水素循環経路内の圧力を上昇させる第1ステップと、
前記チャンバ制御弁を開放し、前記水素チャンバ内の圧力が第1圧力に到達すると、前記チャンバ制御弁を閉鎖する第2ステップと、
前記水素循環経路内の圧力を前記第1圧力よりも低い第2圧力まで低下させる第3ステップと、
前記チャンバ制御弁を開放し、前記水素チャンバ内の圧力が前記第1圧力よりも低く前記第2圧力より高い第3圧力に到達すると、前記チャンバ制御弁を閉鎖する第4ステップと、を備えることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
A fuel cell that generates electricity by reacting hydrogen gas and oxidant gas, a hydrogen circulation channel that supplies hydrogen exhaust gas discharged from the anode side of the fuel cell to the anode side, and a discharge from the cathode side of the fuel cell A control method for a fuel cell system, comprising: an oxidant gas discharge passage for discharging an oxidant offgas to be discharged to the outside,
A hydrogen chamber, a first chamber channel that communicates with the hydrogen circulation channel and the hydrogen chamber and is provided with a chamber control valve, and a hydrogen chamber and the oxidant gas discharge channel that communicate with each other. A second chamber flow path provided with a valve,
A first step of increasing the pressure in the hydrogen circulation path;
A second step of opening the chamber control valve and closing the chamber control valve when the pressure in the hydrogen chamber reaches a first pressure;
A third step of reducing the pressure in the hydrogen circulation path to a second pressure lower than the first pressure;
A fourth step of opening the chamber control valve and closing the chamber control valve when a pressure in the hydrogen chamber reaches a third pressure lower than the first pressure and higher than the second pressure. A control method for a fuel cell system.
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