JP2010108756A - Fuel cell system and purge control method of fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池システムのパージ制御方法に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell system and a purge control method for a fuel cell system.
従来から、例えば車両に搭載される燃料電池には、固体高分子電解質膜(以下、電解質膜という。)をアノード電極およびカソード電極で両側から挟んで膜電極構造体を形成し、この膜電極構造体の両側に一対のセパレータを配置して平板状の単位燃料電池(以下、単位セルという。)を構成し、この単位セルを複数積層して燃料電池スタック(以下、燃料電池という。)とするものが知られている。このような燃料電池では、アノード電極とセパレータとの間にアノードガス(燃料ガス)として水素ガスを供給するとともに、カソード電極とセパレータとの間にカソードガス(酸化剤ガス)として空気を供給する。これにより、アノード電極で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を透過してカソード電極まで移動し、カソード電極で空気中の酸素と電気化学反応を起こし、発電が行われる。なお、この発電に伴って、燃料電池内部で水が生成される。 Conventionally, for example, in a fuel cell mounted on a vehicle, a membrane electrode structure is formed by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane (hereinafter referred to as an electrolyte membrane) between an anode electrode and a cathode electrode. A pair of separators are arranged on both sides of the body to form a flat unit fuel cell (hereinafter referred to as a unit cell), and a plurality of the unit cells are stacked to form a fuel cell stack (hereinafter referred to as a fuel cell). Things are known. In such a fuel cell, hydrogen gas is supplied as an anode gas (fuel gas) between the anode electrode and the separator, and air is supplied as a cathode gas (oxidant gas) between the cathode electrode and the separator. As a result, hydrogen ions generated by the catalytic reaction at the anode electrode pass through the solid polymer electrolyte membrane and move to the cathode electrode, causing an electrochemical reaction with oxygen in the air at the cathode electrode, thereby generating power. It should be noted that water is generated inside the fuel cell with this power generation.
近年の燃料電池では、電解質膜の薄肉化が進んでおり、カソード側で生成された生成水が浸透圧や濃度差により電解質膜を透過してアノード側へ浸入する現象が見られる。生成水がアノード側の配管内に貯留するとフラッディング現象が発生し、発電性能が低下する虞がある。特に、大気圧が低い場所(高地)においては、パージされたアノードオフガスを希釈できる空気量が少なくなるため、パージできるアノードオフガスの量(パージ量)が少なくなってしまう。したがって、パージ量が少ないと、パージガスとともに排出されるアノード側の生成水(水蒸気・水滴)の量も少なくなるため、アノード側には多量の水分が残留し、フラッディング現象を引き起こし易いという問題がある。
そこで、このような問題を解決するために、パージ弁の下流側に圧力を検出する圧力センサを設け、下流側圧力に基づいてパージ弁から排出する排出量(パージ量)を制御する燃料電池システムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。具体的には、下流側圧力が低いほど、排出量が少なく、かつ、排出間隔が短くなるように制御している。
Therefore, in order to solve such a problem, a fuel cell system that provides a pressure sensor that detects the pressure downstream of the purge valve and controls the discharge amount (purge amount) discharged from the purge valve based on the downstream pressure. Has been proposed (see, for example, Patent Document 1). Specifically, control is performed such that the lower the downstream pressure, the smaller the discharge amount and the shorter the discharge interval.
ところで、特許文献1の燃料電池システムによれば、パージ量のみを大気圧に応じて制御しているため、パージ量を少なくした場合に、フラッディング現象が発生して発電性能が低下する虞がある。 By the way, according to the fuel cell system of Patent Document 1, since only the purge amount is controlled according to the atmospheric pressure, when the purge amount is reduced, a flooding phenomenon may occur and power generation performance may be reduced. .
そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、大気圧が低い状態においても、発電性能を確保することができる燃料電池システムおよび燃料電池システムのパージ制御方法を提供するものである。 Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a fuel cell system and a purge control method for a fuel cell system that can ensure power generation performance even in a state where the atmospheric pressure is low. .
上記の課題を解決するために、請求項1に記載した発明は、アノード電極にアノードガスを、カソード電極にカソードガスを供給し発電を行う燃料電池(例えば、実施形態における燃料電池11)と、該燃料電池から排出されたアノードオフガスが流通するアノードオフガス配管(例えば、実施形態におけるアノードオフガス排出配管35)と、該アノードオフガス配管に配され、前記アノードオフガスを流路外へ排出するために開閉可能なパージ弁(例えば、実施形態におけるパージ弁52)と、前記アノードオフガス配管に配され、前記アノードオフガスに含まれる水分を分離可能な気液分離器(例えば、実施形態におけるキャッチタンク40)と、該気液分離器に貯留した前記水分を流路外へ排出するために開閉可能なドレイン弁(例えば、実施形態におけるドレイン弁42)と、大気圧を検出する大気圧検出手段(例えば、実施形態における大気圧センサ58)と、を備え、前記大気圧が低下するにつれて前記パージ弁から排出するパージ量を減少させる燃料電池システム(例えば、実施形態における燃料電池システム10)であって、前記大気圧検出手段により検出された大気圧が低下するにつれて、前記パージ量に対する前記ドレイン弁から排出されるドレイン量の比率を上昇させる排出量調整手段(例えば、実施形態におけるパージ量指令値算出部47およびドレイン量指令値算出部48)を備えていることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the invention described in claim 1 is a fuel cell (for example,
請求項2に記載した発明は、前記ドレイン量の上限閾値を設定するドレイン量閾値設定手段(例えば、実施形態におけるドレイン量閾値設定部49)を有し、前記排出量調整手段により調整されたドレイン量が、前記ドレイン量閾値設定手段により設定されたドレイン量閾値を上回っている場合は、前記ドレイン量を前記ドレイン量閾値に設定することを特徴としている。
The invention described in claim 2 includes drain amount threshold setting means (for example, a drain amount
請求項3に記載した発明は、前記ドレイン量閾値は、前記燃料電池で生成される生成水発生量および生成水排出量に基づいて設定されることを特徴としている。 The invention described in claim 3 is characterized in that the drain amount threshold is set based on a generated water generation amount and a generated water discharge amount generated in the fuel cell.
請求項4に記載した発明は、前記排出量調整手段は、少なくとも前記ドレイン量を増加させることにより前記比率を上昇させることを特徴としている。 The invention described in claim 4 is characterized in that the discharge amount adjusting means increases the ratio by increasing at least the drain amount.
請求項5に記載した発明は、アノード電極にアノードガスを、カソード電極にカソードガスを供給し発電を行う燃料電池と、該燃料電池から排出されたアノードオフガスが流通するアノードオフガス配管と、該アノードオフガス配管に配され、前記アノードオフガスを流路外へ排出するために開閉可能なパージ弁と、前記アノードオフガス配管に配され、前記アノードオフガスに含まれる水分を分離可能な気液分離器と、該気液分離器に貯留した前記水分を流路外へ排出するために開閉可能なドレイン弁と、大気圧を検出する大気圧検出手段と、を備え、前記大気圧が低下するにつれて前記パージ弁から排出するパージ量を減少させる燃料電池システムのパージ制御方法であって、前記大気圧が所定値以下か否かを判定する大気圧判定ステップと、前記大気圧および外気温度に基づいてパージ量補正係数を求めるパージ量補正係数決定ステップと、前記燃料電池の電流値および前記アノードガスの温度に基づいてパージ量ベース指令値を求めるパージ量ベース指令値決定ステップと、前記パージ量補正係数および前記パージ量ベース指令値に基づいてパージ量指令値を求めるパージ量指令値決定ステップと、前記大気圧および外気温度に基づいてドレイン量補正係数を求めるドレイン量補正係数決定ステップと、前記燃料電池の電流値および前記アノードガスの温度に基づいてドレイン量ベース指令値を求めるドレイン量ベース指令値決定ステップと、前記ドレイン量補正係数および前記ドレイン量ベース指令値に基づいてドレイン量指令値を求めるドレイン量指令値決定ステップと、前記燃料電池で生成される生成水発生量および生成水排出量に基づいてドレイン量閾値を算出するドレイン量閾値算出ステップと、前記ドレイン量指令値が、前記ドレイン量閾値よりも大きいか否かを判定するドレイン量判定ステップと、該ドレイン量判定ステップにて大きいと判定された場合には、前記ドレイン量指令値を前記ドレイン量閾値に設定し、前記ドレイン弁より前記水分を排出するドレイン排出ステップと、を有することを特徴としている。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell for generating electricity by supplying an anode gas to the anode electrode and a cathode gas to the cathode electrode, an anode off-gas pipe through which the anode off-gas discharged from the fuel cell flows, and the anode A purge valve that is disposed in an off-gas pipe and is openable and closable for discharging the anode off-gas out of the flow path; a gas-liquid separator that is disposed in the anode off-gas pipe and is capable of separating moisture contained in the anode off-gas; A drain valve that can be opened and closed to discharge the water stored in the gas-liquid separator to the outside of the flow path; and an atmospheric pressure detection means that detects atmospheric pressure; and the purge valve as the atmospheric pressure decreases A purge control method for a fuel cell system for reducing the amount of purge discharged from a fuel, comprising: A purge amount correction coefficient determining step for determining a purge amount correction coefficient based on the atmospheric pressure and the outside air temperature; and a purge amount base for determining a purge amount base command value based on the current value of the fuel cell and the temperature of the anode gas A command value determining step; a purge amount command value determining step for determining a purge amount command value based on the purge amount correction coefficient and the purge amount base command value; and a drain amount correction coefficient based on the atmospheric pressure and the outside air temperature. A drain amount correction coefficient determining step; a drain amount base command value determining step for obtaining a drain amount base command value based on the current value of the fuel cell and the temperature of the anode gas; and the drain amount correction coefficient and the drain amount base command Drain amount command value determination step for obtaining a drain amount command value based on the value A drain amount threshold value calculating step for calculating a drain amount threshold value based on a generated water generation amount and a generated water discharge amount generated by the fuel cell; and whether the drain amount command value is greater than the drain amount threshold value. Drain amount determining step, and when the drain amount determining step determines that the drain amount is determined to be large, the drain amount command value is set to the drain amount threshold value, and the drain discharge is performed to discharge the moisture from the drain valve. And a step.
請求項1に記載した発明によれば、大気圧の低下に伴い、パージできるアノードオフガスの量が低下し、パージとともに排出される水量が低下したとしても、パージ量に対するドレイン量の比率を上昇させるため、アノード側に残留している生成水を十分に排出することができる。したがって、生成水によるフラッディング現象の発生を防止することができるため、燃料電池の発電性能を十分に確保することができる。 According to the first aspect of the present invention, as the atmospheric pressure decreases, the amount of anode off-gas that can be purged decreases, and even if the amount of water discharged with the purge decreases, the ratio of the drain amount to the purge amount increases. Therefore, the generated water remaining on the anode side can be sufficiently discharged. Therefore, it is possible to prevent the flooding phenomenon caused by the generated water, so that the power generation performance of the fuel cell can be sufficiently ensured.
請求項2に記載した発明によれば、排出可能なドレイン量に上限閾値を設定し、気液分離器に貯留した水分を排出する際に、排出する水分量がドレイン量閾値を超えないようにすることで、水分だけでなくアノードオフガスを同時に排出してしまうことを防止することができる。したがって、アノード側のアノードガス濃度を維持することができる。 According to the invention described in claim 2, when the upper limit threshold is set for the drainable drain amount, and when the water stored in the gas-liquid separator is discharged, the discharged water amount does not exceed the drain amount threshold. By doing so, it is possible to prevent not only moisture but also anode off gas from being discharged simultaneously. Therefore, the anode gas concentration on the anode side can be maintained.
請求項3に記載した発明によれば、気液分離器に貯留する水分量は、生成水の発生量および排出量に基づいて決まるため、ドレイン量を適切に設定することができる。 According to the invention described in claim 3, since the amount of water stored in the gas-liquid separator is determined based on the amount of generated water and the amount discharged, the amount of drain can be set appropriately.
請求項4に記載した発明によれば、パージ量を減少させたことによりパージとともに排出される水量が低下したとしても、ドレイン量を増加させるため、生成水を十分に排出することができる。したがって、生成水によるフラッディング現象の発生を防止することができるため、燃料電池の発電性能を十分に確保することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, even if the amount of water discharged together with the purge is reduced by reducing the purge amount, the amount of drain can be increased, so that the generated water can be sufficiently discharged. Therefore, it is possible to prevent the flooding phenomenon caused by the generated water, so that the power generation performance of the fuel cell can be sufficiently ensured.
請求項5に記載した発明によれば、大気圧の低下に伴い、パージできるアノードオフガスの量(パージ量指令値)が低下し、パージとともに排出される水量が低下したとしても、パージ量に対するドレイン量(ドレイン量指令値)の比率を上昇させるため、アノード側に残留している生成水を十分に排出することができる。したがって、生成水によるフラッディング現象の発生を防止することができるため、燃料電池の発電性能を十分に確保することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, even if the amount of anode off-gas that can be purged (purge amount command value) decreases as the atmospheric pressure decreases and the amount of water discharged along with the purge decreases, Since the ratio of the amount (drain amount command value) is increased, the generated water remaining on the anode side can be sufficiently discharged. Therefore, it is possible to prevent the flooding phenomenon caused by the generated water, so that the power generation performance of the fuel cell can be sufficiently ensured.
次に、本発明の実施形態を図1〜図8に基づいて説明する。なお、本実施形態では燃料電池システムを車両に搭載した場合の説明をする。
(燃料電池システム)
図1は燃料電池システムの概略構成図である。
図1に示すように、燃料電池システム10の燃料電池11は、水素ガスなどのアノードガスと空気などのカソードガスとの電気化学反応により発電を行う固体高分子膜型燃料電池である。燃料電池11に形成されたアノードガス供給用連通孔13(アノードガス流路21の入口側)にはアノードガス供給配管23が連結され、その上流端部には水素タンク30が接続されている。また、燃料電池11に形成されたカソードガス供給用連通孔15(カソードガス流路22の入口側)にはカソードガス供給配管24が連結され、その上流端部にはエアコンプレッサ33が接続されている。なお、燃料電池11に形成されたアノードオフガス排出用連通孔14(アノードガス流路21の出口側)にはアノードオフガス排出配管35が連結され、カソードオフガス排出用連通孔16(カソードガス流路22の出口側)にはカソードオフガス排出配管38が連結されている。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, a case where the fuel cell system is mounted on a vehicle will be described.
(Fuel cell system)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system.
As shown in FIG. 1, the
また、水素タンク30からアノードガス供給配管23に供給された水素ガスは、レギュレータ(不図示)により減圧された後、イジェクタ26を通り、燃料電池11のアノードガス流路21に供給される。また、水素タンク30の下流側近傍には、電磁駆動式の電磁弁25が設けられており、水素タンク30からの水素ガスの供給を遮断することができるように構成されている。
Further, the hydrogen gas supplied from the
また、アノードオフガス排出配管35は、イジェクタ26に接続され、燃料電池11を通過してきたアノードオフガスを再度燃料電池11のアノードガスとして再利用できるように構成されている。また、アノードオフガス排出配管35は途中で配管が分岐して、パージガス排出配管37が設けられている。パージガス排出配管37は希釈ボックス31に接続されている。さらに、パージガス排出配管37には電磁駆動式のパージ弁52が設けられている。
The anode off
さらに、アノードオフガス排出配管35の途中には、キャッチンタンク40が設けられている。キャッチンタンク40は、アノードオフガス排出配管35を流通しているアノードオフガスに混在している気体(アノードオフガス)と液体(生成水)とを分離して、生成水のみを貯留できるように構成されている。キャッチタンク40には、生成水排出配管41が接続されている。生成水排出配管41は希釈ボックス31に接続されており、キャッチタンク40に貯留している生成水を、希釈ボックス31を介して車外へ排出できるようになっている。さらに、生成水排出配管41には電磁駆動式のドレイン弁42が設けられている。
Furthermore, a
次に、空気(カソードガス)はエアコンプレッサ33によって加圧され、カソードガス供給配管24を通過した後、燃料電池11のカソードガス流路22に供給される。この空気中の酸素が酸化剤として発電に供された後、燃料電池11からカソードオフガスとしてカソードオフガス排出配管38に排出される。カソードオフガス排出配管38は希釈ボックス31に接続され、その後、車外へと排気される。なお、カソードオフガス排出配管38には背圧弁34が設けられている。
Next, air (cathode gas) is pressurized by the
また、アノードガス供給配管23におけるアノードガス供給用連通孔13の上流側に、温度センサ55が設けられている。温度センサ55により、アノードガス供給配管23内の水素温度を検知することができるようになっている。温度センサ55からの検出結果(センサ出力)は、制御装置(ECU)45へ伝達され、その検出結果に基づいて、パージ量よびドレイン量の指令値を求める際のベース指令値を算出できるように構成されている(後に詳述する)。
A
また、アノードオフガス排出配管35におけるキャッチンタンク40の下流側に、圧力センサ56が設けられている。圧力センサ56により、アノードオフガス排出配管35内の内圧を検知することができるようになっている。圧力センサ56からの検出結果(センサ出力)は、制御装置(ECU)45へ伝達され、その検出結果に基づいて、パージガス排出配管37および生成水排出配管41から排出された生成水量を算出できるように構成されている(後に詳述する)。
A
さらに、燃料電池システム10には、外気温度を検出可能な外気温度センサ57および大気圧を検出可能な大気圧センサ58が設けられている。外気温度センサ57および大気圧センサ58からの検出結果(センサ出力)は、制御装置(ECU)45へ伝達され、その検出結果に基づいて、パージ量よびドレイン量の指令値を求める際の補正係数を算出できるように構成されている(後に詳述する)。
Further, the
また、制御装置45は、燃料電池11に要求される出力に応じて、電磁弁25を制御して水素タンク30から所定量の水素ガスを燃料電池11に供給することができるようになっている。また、制御装置45は、燃料電池11に要求される出力に応じて、エアコンプレッサ33を駆動して所定量の空気を燃料電池11に供給するとともに、背圧弁34を制御してカソードガス流路22への空気の供給圧力を調整できるように構成されている。
Further, the
図2は制御装置45の概略ブロック図である。図2に示すように、制御装置45は、高地制御(大気圧が低い場合に行う制御)を実行するか否かを判定する高地制御実行判定部46と、パージ量指令値を算出するパージ量指令値算出部47と、ドレイン量指令値を算出するドレイン量指令値算出部48と、ドレイン量閾値(上限閾値)を設定するドレイン量閾値設定部49と、算出したドレイン量指令値とドレイン量閾値とから実際に排出するドレイン量を決定するドレイン量決定部50と、を有している。
FIG. 2 is a schematic block diagram of the
(燃料電池システムのパージ制御方法)
次に、本実施形態における燃料電池システム10のパージ制御方法について説明する。
図3は燃料電池システム10のパージ制御方法を示すフローチャートである。
図3に示すように、S1では、燃料電池システム10の起動中において、所定時間ごとに大気圧センサ58の値を検出し、大気圧が所定値以下になっているか否かを高地制御実行判定部46にて判定する。大気圧が所定値以下、つまり高地に位置していると判断した場合には、高地制御を実行するために、ステップS2へ進む。一方、大気圧が所定値よりも大きい場合には、ステップS4へ進む。
(Purge control method for fuel cell system)
Next, a purge control method of the
FIG. 3 is a flowchart showing a purge control method of the
As shown in FIG. 3, in S1, during the start-up of the
ステップS2では、パージ量の補正係数を決定する。具体的には、ステップS1で検出した大気圧の値と外気温度センサ57で検出される外気温度とを図4に示すグラフに当てはめて補正係数を決定してステップS3へ進む。なお、外気温度が低いほど、カソードガス(空気)を希釈ボックス31に供給することができるため、パージ量を多くしてもパージ量に見合ったカソードガスを確保することができる。したがって、同じ大気圧の場合には、外気温度が低い方がパージ量の補正係数を大きく設定することができる。
In step S2, a purge amount correction coefficient is determined. Specifically, the correction value is determined by applying the atmospheric pressure value detected in step S1 and the outside air temperature detected by the outside
ステップS3では、ドレイン量の補正係数を決定する。具体的には、ステップS1で検出した大気圧の値と外気温度センサ57で検出される外気温度とを図6に示すグラフに当てはめて補正係数を決定してステップS6へ進む。なお、外気温度が高いほど、カソード側からアノード側に浸透する生成水量が多くなる。したがって、同じ大気圧の場合には、外気温度が高い方がドレイン量の補正係数が大きくなるように設定されている。
In step S3, a drain amount correction coefficient is determined. Specifically, the value of the atmospheric pressure detected in step S1 and the outside air temperature detected by the outside
ステップS4では、パージ量を補正する必要がないため、補正係数を1と設定してステップS5へ進む。
ステップS5では、ドレイン量を補正する必要がないため、補正係数を1と設定してステップS6へ進む。
In step S4, since it is not necessary to correct the purge amount, the correction coefficient is set to 1 and the process proceeds to step S5.
In step S5, since it is not necessary to correct the drain amount, the correction coefficient is set to 1 and the process proceeds to step S6.
ステップS6では、パージ量のベース指令値を決定する。具体的には、燃料電池11の電流値(不図示の電流センサにて検出)と温度センサ55で検出されるアノード系内の水素温度とを図5に示すグラフに当てはめてベース指令値を決定してステップS7へ進む。なお、水素温度が高いほど、同一体積あたりの水分量は低下するため、ガスが乾燥状態となる。したがって、同じ電流値の場合には、水素温度が高い方が排出すべき水分量が低下するため、パージ量のベース指令値を低く設定することができる。
In step S6, a purge command base command value is determined. Specifically, the base command value is determined by applying the current value of the fuel cell 11 (detected by a current sensor not shown) and the hydrogen temperature in the anode system detected by the
ステップS7では、パージ量のベース指令値に補正係数を乗じてパージ量指令値を決定する。このパージ量指令値に基づいて、パージ弁52の開弁時間が決定される。なお、ステップS2,S4,S6,S7の処理は、制御装置45のパージ量指令値算出部47にて実行している。
In step S7, the purge amount command value is determined by multiplying the purge amount base command value by the correction coefficient. Based on this purge amount command value, the valve opening time of the
ステップS8では、ドレイン量のベース指令値を決定する。具体的には、燃料電池11の電流値(不図示の電流センサにて検出)と温度センサ55で検出されるアノード系内の水素温度とを図7に示すグラフに当てはめてベース指令値を決定してステップS9へ進む。なお、水素温度が高いほど、カソード側からアノード側に透過する生成水量が多くなる。したがって、同じ電流値の場合には、水素温度が高い方がドレイン量のベース指令値が大きくなるように設定されている。
In step S8, a drain command base command value is determined. Specifically, the base command value is determined by applying the current value of the fuel cell 11 (detected by a current sensor not shown) and the hydrogen temperature in the anode system detected by the
ステップS9では、ドレイン量のベース指令値に補正係数を乗じてドレイン量指令値を決定する。なお、ステップS3,S5,S8,S9の処理は、制御装置45のドレイン量指令値算出部48にて実行している。
In step S9, the drain amount command value is determined by multiplying the drain amount base command value by the correction coefficient. Note that the processing of steps S3, S5, S8, and S9 is executed by the drain amount command
ステップS10では、ドレイン量閾値設定部49にてドレイン量閾値(上限閾値)を算出する。具体的には、図8に示すサブルーチンを実行することにより算出される。
In step S10, the drain amount
ステップS101では、燃料電池11で生成された生成水量を算出する。生成水量は燃料電池11の電流積算値に基づいて算出する。
ステップS102では、前回までにパージガス排出配管37および生成水排出配管41から排出された生成水量を算出する。排出水量を算出するには、パージ弁52およびドレイン弁42の開弁時間およびそのときの内圧(圧力センサ56の検出値)から算出する。排出水量を算出することにより、残留している水量を推定することができる。
ステップS103では、ステップS101およびステップS102で算出した各数値から系内に残留している生成水量を推定することができる。この残留水量を超えない範囲で生成水排出配管41から排出できるドレイン量閾値を算出して、メインルーチンのS11に戻る。
In step S101, the amount of water produced by the
In step S102, the amount of generated water discharged from the purge
In step S103, the amount of generated water remaining in the system can be estimated from the numerical values calculated in steps S101 and S102. A drain amount threshold that can be discharged from the generated
ステップS11では、ドレイン量決定部50にて、ステップS9で求めたドレイン量指令値とステップS10で求めたドレイン量閾値とを比較する。ドレイン量指令値がドレイン量閾値よりも大きい場合にはステップS12へ進み、ドレイン量指令値がドレイン量閾値以下の場合には、このドレイン量指令値に基づいて開弁時間が決定される。
In step S11, the drain
ステップS12では、ドレイン量指令値をドレイン量閾値の値に変更し、このドレイン量指令値に基づいて開弁時間が決定される。 In step S12, the drain amount command value is changed to the drain amount threshold value, and the valve opening time is determined based on the drain amount command value.
上述のように決定されたパージ量指令値およびドレイン量指令値に基づいてパージ弁52およびドレイン弁42を所定時間開弁することにより、大気圧が低い高地において、生成水によるフラッディング現象の発生を防止することができる。
By causing the
本実施形態によれば、大気圧の低下に伴い、パージできるアノードオフガスの量が低下し、パージとともに排出される水量が低下したとしても、パージ量に対するドレイン量の比率を上昇させるため、アノード側に残留している生成水を十分に排出することができる。したがって、生成水によるフラッディング現象の発生を防止することができるため、燃料電池11の発電性能を十分に確保することができる。
According to the present embodiment, as the atmospheric pressure decreases, the amount of anode off-gas that can be purged decreases, and even if the amount of water discharged along with the purge decreases, the ratio of the drain amount to the purge amount increases. The generated water remaining in the water can be sufficiently discharged. Therefore, it is possible to prevent the flooding phenomenon due to the generated water, so that the power generation performance of the
また、排出可能なドレイン量に上限閾値(ドレイン量閾値)を設定し、キャッチタンク40に貯留した水分を排出する際に、排出する水分量がドレイン量閾値を超えないようにすることで、水分だけでなくアノードオフガスを同時に排出してしまうことを防止することができる。したがって、アノード側のアノードガス濃度を適正に維持することができる。
In addition, by setting an upper limit threshold (drain amount threshold) for the drainable drain amount, when the moisture stored in the
また、キャッチタンク40に貯留する水分量は、生成水の発生量および排出量に基づいて決まるため、ドレイン量を適切に設定することができる。
Further, since the amount of water stored in the
尚、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態において、アノード系内の水素温度を検出する温度センサをアノードガス供給配管に1箇所だけ取り付けた構成にしたが、温度センサは1箇所だけでなく、複数箇所に取り付けてもよく、その場合には、いずれかの温度を検出するようにしたり、各温度センサの平均値を求めるようにしてもよい。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications made to the above-described embodiment without departing from the spirit of the present invention. That is, the specific structure and configuration described in the embodiment are merely examples, and can be changed as appropriate.
For example, in the present embodiment, the temperature sensor for detecting the hydrogen temperature in the anode system is configured to be attached to the anode gas supply pipe at only one place, but the temperature sensor may be attached not only to one place but also to a plurality of places. In that case, either temperature may be detected, or an average value of each temperature sensor may be obtained.
10…燃料電池システム 11…燃料電池 35…アノードオフガス排出配管(アノードオフガス配管) 40…キャッチタンク(気液分離器) 42…ドレイン弁 47…パージ量指令値算出部(排出量調整手段) 48…ドレイン量指令値算出部(排出量調整手段) 49…ドレイン量閾値設定部(ドレイン量閾値設定手段) 52…パージ弁 58…大気圧センサ(大気圧検出手段)
DESCRIPTION OF
Claims (5)
該燃料電池から排出されたアノードオフガスが流通するアノードオフガス配管と、
該アノードオフガス配管に配され、前記アノードオフガスを流路外へ排出するために開閉可能なパージ弁と、
前記アノードオフガス配管に配され、前記アノードオフガスに含まれる水分を分離可能な気液分離器と、
該気液分離器に貯留した前記水分を流路外へ排出するために開閉可能なドレイン弁と、
大気圧を検出する大気圧検出手段と、を備え、
前記大気圧が低下するにつれて前記パージ弁から排出するパージ量を減少させる燃料電池システムであって、
前記大気圧検出手段により検出された大気圧が低下するにつれて、前記パージ量に対する前記ドレイン弁から排出されるドレイン量の比率を上昇させる排出量調整手段を備えていることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell for generating electricity by supplying an anode gas to the anode electrode and a cathode gas to the cathode electrode; and
An anode offgas pipe through which the anode offgas discharged from the fuel cell flows;
A purge valve that is disposed in the anode offgas pipe and is openable and closable for discharging the anode offgas out of the flow path;
A gas-liquid separator disposed in the anode off-gas pipe and capable of separating moisture contained in the anode off-gas;
A drain valve that can be opened and closed to discharge the moisture stored in the gas-liquid separator out of the flow path;
An atmospheric pressure detecting means for detecting atmospheric pressure,
A fuel cell system that reduces a purge amount discharged from the purge valve as the atmospheric pressure decreases,
A fuel cell system comprising discharge amount adjusting means for increasing the ratio of the drain amount discharged from the drain valve to the purge amount as the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure detecting means decreases. .
前記排出量調整手段により調整されたドレイン量が、前記ドレイン量閾値設定手段により設定されたドレイン量閾値を上回っている場合は、前記ドレイン量を前記ドレイン量閾値に設定することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 A drain amount threshold setting means for setting an upper limit threshold of the drain amount;
The drain amount is set to the drain amount threshold when the drain amount adjusted by the discharge amount adjusting unit exceeds the drain amount threshold set by the drain amount threshold setting unit. Item 4. The fuel cell system according to Item 1.
該燃料電池から排出されたアノードオフガスが流通するアノードオフガス配管と、
該アノードオフガス配管に配され、前記アノードオフガスを流路外へ排出するために開閉可能なパージ弁と、
前記アノードオフガス配管に配され、前記アノードオフガスに含まれる水分を分離可能な気液分離器と、
該気液分離器に貯留した前記水分を流路外へ排出するために開閉可能なドレイン弁と、
大気圧を検出する大気圧検出手段と、を備え、
前記大気圧が低下するにつれて前記パージ弁から排出するパージ量を減少させる燃料電池システムのパージ制御方法であって、
前記大気圧が所定値以下か否かを判定する大気圧判定ステップと、
前記大気圧および外気温度に基づいてパージ量補正係数を求めるパージ量補正係数決定ステップと、
前記燃料電池の電流値および前記アノードガスの温度に基づいてパージ量ベース指令値を求めるパージ量ベース指令値決定ステップと、
前記パージ量補正係数および前記パージ量ベース指令値に基づいてパージ量指令値を求めるパージ量指令値決定ステップと、
前記大気圧および外気温度に基づいてドレイン量補正係数を求めるドレイン量補正係数決定ステップと、
前記燃料電池の電流値および前記アノードガスの温度に基づいてドレイン量ベース指令値を求めるドレイン量ベース指令値決定ステップと、
前記ドレイン量補正係数および前記ドレイン量ベース指令値に基づいてドレイン量指令値を求めるドレイン量指令値決定ステップと、
前記燃料電池で生成される生成水発生量および生成水排出量に基づいてドレイン量閾値を算出するドレイン量閾値算出ステップと、
前記ドレイン量指令値が、前記ドレイン量閾値よりも大きいか否かを判定するドレイン量判定ステップと、
該ドレイン量判定ステップにて大きいと判定された場合には、前記ドレイン量指令値を前記ドレイン量閾値に設定し、前記ドレイン弁より前記水分を排出するドレイン排出ステップと、を有することを特徴とする燃料電池システムのパージ制御方法。 A fuel cell for generating electricity by supplying an anode gas to the anode electrode and a cathode gas to the cathode electrode; and
An anode offgas pipe through which the anode offgas discharged from the fuel cell flows;
A purge valve that is disposed in the anode offgas pipe and is openable and closable for discharging the anode offgas out of the flow path;
A gas-liquid separator disposed in the anode off-gas pipe and capable of separating moisture contained in the anode off-gas;
A drain valve that can be opened and closed to discharge the moisture stored in the gas-liquid separator out of the flow path;
An atmospheric pressure detecting means for detecting atmospheric pressure,
A purge control method for a fuel cell system that reduces a purge amount discharged from the purge valve as the atmospheric pressure decreases,
An atmospheric pressure determination step for determining whether or not the atmospheric pressure is a predetermined value or less;
A purge amount correction coefficient determination step for obtaining a purge amount correction coefficient based on the atmospheric pressure and the outside air temperature;
A purge amount base command value determining step for obtaining a purge amount base command value based on the current value of the fuel cell and the temperature of the anode gas;
A purge amount command value determining step for obtaining a purge amount command value based on the purge amount correction coefficient and the purge amount base command value;
A drain amount correction coefficient determination step for obtaining a drain amount correction coefficient based on the atmospheric pressure and the outside air temperature;
A drain amount base command value determining step for obtaining a drain amount base command value based on the current value of the fuel cell and the temperature of the anode gas;
A drain amount command value determining step for obtaining a drain amount command value based on the drain amount correction coefficient and the drain amount base command value;
A drain amount threshold value calculating step for calculating a drain amount threshold value based on a generated water generation amount and a generated water discharge amount generated in the fuel cell;
A drain amount determination step of determining whether or not the drain amount command value is larger than the drain amount threshold;
A drain discharge step of setting the drain amount command value to the drain amount threshold value and discharging the moisture from the drain valve when it is determined that the drain amount determination step is large. A purge control method for a fuel cell system.
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