JP2011014429A - Fuel cell system - Google Patents

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啓吾 末松
Tomotaka Ishikawa
智隆 石川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable operation of a fuel cell at higher temperature while securing efficient operation of the fuel cell in a fuel cell system.SOLUTION: In the fuel cell system 10, used gas exhausted from an anode-side gas outlet 54 of a fuel cell stack 14 is made to return to a circulation flow passage 60 by increasing its humidity, or moisture of the used gas is made to return to the circulation flow passage 60 as it is without separation, and a dew point-adjusting part 70 to adjust the dew point θ of gas supplied to an anode-side gas inlet 52 is installed at a vapor-liquid separator 58. In a control device 80, a threshold temperature Tof a cooling water for the fuel cell preliminarily set when operated in high temperature operation conditions set close to the upper limit of efficient operation conditions of the fuel cell stack 14, a cooling water temperature Tdetected by a cooling water thermometer 36 are compared, and operation of the dew point adjustment part 70 is controlled according to a difference between the threshold temperature Tand the cooling water temperature T.

Description

本発明は、燃料電池システムに係り、特に燃料電池に燃料ガスを供給するアノード側の使用済みガスを排出するアノード側ガス出口に気液分離器が設けられる燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system in which a gas-liquid separator is provided at an anode side gas outlet for discharging spent anode side gas for supplying fuel gas to the fuel cell.

環境に与える影響が少ないことから、車両に燃料電池の搭載が行われている。燃料電池は、例えば燃料電池スタックを構成する単位セルのアノード側に水素等の燃料ガスを供給し、カソード側に酸素を含む酸化ガス、例えば空気を供給し、電解質膜を通しての反応によって必要な電力を取り出す。   Since there is little impact on the environment, fuel cells are installed in vehicles. A fuel cell, for example, supplies a fuel gas such as hydrogen to the anode side of unit cells constituting a fuel cell stack, supplies an oxidizing gas containing oxygen, such as air, to the cathode side, and requires electric power required for reaction through an electrolyte membrane. Take out.

このとき、カソード側に反応生成物として水が生成される。生成された水は電解質膜を通してアノード側にも浸透してくるので、電解質膜のアノード側も適度な湿度となって、その湿度の下で水素のプロトンの移動が行われ、このプロトンと酸素との反応で発電が行われる。したがって、発電を効率よく行うには、電解質膜が適度な湿度となっていることが必要である。   At this time, water is generated as a reaction product on the cathode side. The generated water permeates through the electrolyte membrane to the anode side, so that the anode side of the electrolyte membrane also has an appropriate humidity, and the protons of hydrogen move under that humidity. Electricity is generated by the reaction. Therefore, in order to efficiently generate power, the electrolyte membrane needs to have an appropriate humidity.

また、このアノード側に浸透してくる水によって、アノード側から排出される使用済みガスには水分が含まれている。アノード側から排出される使用済みガスはいわば排気ガスではあるが、燃料電池で反応に使われなかった水素が含まれているので、これを回収し、再びアノード側に供給することが行われる。この際に、アノード側から排出される液体交じりの排気ガスを気体と液体に分離する必要があり、そのために気液分離器が用いられる。   In addition, the used gas discharged from the anode side contains water due to the water permeating the anode side. The used gas discharged from the anode side is so-called exhaust gas, but contains hydrogen that has not been used for the reaction in the fuel cell, so that it is recovered and supplied to the anode side again. At this time, it is necessary to separate the liquid exhaust gas discharged from the anode side into a gas and a liquid, and a gas-liquid separator is used for this purpose.

例えば、特許文献1には、燃料電池システムとして、燃料ガスである水素を燃料電池に供給する供給流路と、燃料電池から排出される水素オフガス(燃料オフガス)を水素供給流路の合流点に戻すための循環流路と、この合流点合流上流側に設けられるインジェクタとを備え、循環流路には、気液分離器と排気排水弁を介して排気排水流路が接続される構成が述べられている。なお、ここでは、排気排水弁によって水素オフガスを外部に排出するパージ量を推定するために、インジェクタの下流位置に配置される圧力変化を用いることが開示されている。   For example, in Patent Document 1, as a fuel cell system, a supply channel for supplying hydrogen, which is a fuel gas, to a fuel cell, and a hydrogen off-gas (fuel off-gas) discharged from the fuel cell at the junction of the hydrogen supply channel It is provided with a circulation channel for returning and an injector provided on the upstream side of the junction, and the exhaust channel is connected to the circulation channel via a gas-liquid separator and an exhaust drain valve. It has been. Here, it is disclosed that a pressure change arranged at a downstream position of the injector is used in order to estimate a purge amount for discharging the hydrogen off gas to the outside by the exhaust drain valve.

また、特許文献2には、燃料電池システムとして、燃料電池内部の湿度を検出し、所定の閾値よりも低い湿度の場合に、アノード側から排出されるガスであるアノードオフガスを、カソード側への接続通路を介してカソード入口へ送ることが開示されている。   In Patent Document 2, as the fuel cell system, the humidity inside the fuel cell is detected, and when the humidity is lower than a predetermined threshold, the anode off-gas that is discharged from the anode side is supplied to the cathode side. It is disclosed to send to the cathode inlet via a connecting passage.

なお、本発明に関連する気液分離器に関する技術として、特許文献3には、燃料電池システムにおける気液分離器の凍結判定方法として、液中磁鉄片を磁石で引きつけられるか否かで判定すること、水が凍結することで体積が膨張することをゴム薄膜の変形を示す圧力検出で判定すること、気液分離器の液中に開口するパイプを用いてアノードオフガスの一部をこれに流したときに気泡として液中に排出されて再び回収され水素ポンプのところの圧力が正常となるか否かで判定することが述べられている。なお、凍結したと判定されるときは、気液分離器の近傍に配置したヒータによって解凍が行われる。   As a technique related to the gas-liquid separator related to the present invention, Patent Document 3 discloses a method for determining whether or not a magnetic iron-in-liquid piece is attracted by a magnet as a method for determining the freezing of the gas-liquid separator in a fuel cell system. In addition, it is determined by pressure detection indicating deformation of the rubber thin film that the volume expands due to freezing of water, and a part of the anode off-gas flows through the pipe that opens into the liquid of the gas-liquid separator. In this case, it is described that it is determined whether or not the pressure at the hydrogen pump becomes normal by being discharged into the liquid as bubbles and recovered again. In addition, when it determines with having frozen, it defrosts with the heater arrange | positioned in the vicinity of a gas-liquid separator.

また、特許文献4には、メタノール溶液と空気の反応で発電し、炭酸ガスと水とを生成するダイレクトメタノール方式の燃料電池装置において、未反応メタノールと反応生成物である炭酸ガスと水とを多孔性チューブを用いて気液分離する際に、多孔性チューブを流れる気液2相流と気液分離器との温度差があると結露し、多孔性チューブが目つまりすることが述べられている。ここでは、気液分離器の容器外側に設けられるヒータまたは冷却ファンを用いて、この温度差を少なくすることが開示されている。   In Patent Document 4, in a direct methanol fuel cell device that generates electricity by reaction of a methanol solution and air to generate carbon dioxide gas and water, unreacted methanol, carbon dioxide gas and water as reaction products are mixed. It is stated that when gas-liquid separation is performed using a porous tube, if there is a temperature difference between the gas-liquid two-phase flow flowing through the porous tube and the gas-liquid separator, condensation will occur and the porous tube will be clogged. Yes. Here, it is disclosed that this temperature difference is reduced by using a heater or a cooling fan provided outside the container of the gas-liquid separator.

また、特許文献5には、燃料電池システムとして、排出される未反応水素を燃料電池に再循環させる際に、未反応水素が約70−80℃で、これと合流する供給水素が約30℃であるので、未反応水素中の水分が凝縮して詰まりが生じることが述べられている。そこで、排出される未反応水素を外気と熱交換し、あるいは温度上昇させた供給水素と熱交換して、予め未反応水素中の水分を除去することすることが開示されている。供給水素の温度上昇の例には、減圧による温度上昇、排出空気による加熱、供給空気による加熱、ヒータによる加熱が述べられている。そして、除去して回収される水分は、燃料電池に供給されるガスの加湿等の他の目的に利用できると述べられている。   Further, in Patent Document 5, as the fuel cell system, when the unreacted hydrogen discharged is recycled to the fuel cell, the unreacted hydrogen is about 70-80 ° C., and the supplied hydrogen combined with the unreacted hydrogen is about 30 ° C. Therefore, it is described that moisture in unreacted hydrogen is condensed and clogging occurs. Therefore, it has been disclosed that the unreacted hydrogen discharged is preliminarily removed by exchanging heat with the outside air or by exchanging heat with supplied hydrogen whose temperature has been increased. Examples of the temperature increase of the supply hydrogen include temperature increase due to reduced pressure, heating with exhaust air, heating with supply air, and heating with a heater. It is stated that the water recovered by removal can be used for other purposes such as humidification of the gas supplied to the fuel cell.

特許文献6には、燃料電池システムの気液分離器に排気ガスに含まれる水を冷却する手段を設けて水分回収効率を向上させ、回収された水分をラジエータ散布用、水素ガスの加湿、空気の加湿に用いることが述べられている。ここで、冷却手段として、外気との熱交換を行うヒートパイプ、フィン、冷凍サイクル装置の低温冷媒との熱交換が述べられている。   In Patent Document 6, the gas-liquid separator of the fuel cell system is provided with means for cooling water contained in the exhaust gas to improve the water recovery efficiency, and the recovered water is used for spraying the radiator, humidifying the hydrogen gas, air It is stated that it is used for humidification. Here, as the cooling means, heat exchange with heat pipes, fins, and low-temperature refrigerant of the refrigeration cycle apparatus that performs heat exchange with the outside air is described.

特許文献7には、燃料電池システムにおいて、始動時にはガス加湿装置が働かないことがあり、また、バイパス流路を使う場合もあり、これらの場合に反応ガスに適当な湿度を与えられないと述べられている。ここでは、気液分離器で得られる水を貯留するハウジングと、中空糸膜と、ハウジング内を加熱するヒータを備える加熱加湿器をバイパス流路に設けることが開示されている。   Patent Document 7 states that in a fuel cell system, a gas humidifier may not work at the start-up, and a bypass flow path may be used, and in these cases, an appropriate humidity cannot be given to the reaction gas. It has been. Here, it is disclosed that a heating humidifier including a housing for storing water obtained by the gas-liquid separator, a hollow fiber membrane, and a heater for heating the inside of the housing is provided in the bypass flow path.

特開2008−293761号公報JP 2008-293761 A 特開2008−288147号公報JP 2008-288147 A 特開2004−281069号公報JP 2004-286969 A 特開2008−243747号公報JP 2008-243747 A 特開2003−317753号公報JP 2003-317753 A 特開2002−313383号公報JP 2002-313383 A 特開2002−117879号公報JP 2002-117879 A

燃料電池の効率よい発電のためには、電解質膜に適度な湿度があることが必要である。そのために、燃料電池の温度をあまり高くできない。すなわち、燃料電池の温度を高くすると、燃料ガスの露点、酸化ガスの露点が下がり、電解質膜が乾燥しやすくなるからである。特に、電解質膜のアノード側は、カソード側で生成される水が電解質膜を介して浸透してくるが、この水分はプロトンの移動に伴って再びカソード側に移動するので、カソード側に比較すると乾燥しやすい傾向にある。   For efficient power generation of the fuel cell, the electrolyte membrane needs to have an appropriate humidity. Therefore, the temperature of the fuel cell cannot be increased too much. That is, when the temperature of the fuel cell is increased, the dew point of the fuel gas and the dew point of the oxidizing gas are lowered, and the electrolyte membrane is easily dried. In particular, on the anode side of the electrolyte membrane, water produced on the cathode side permeates through the electrolyte membrane, but this moisture moves again to the cathode side as protons move, so compared to the cathode side It tends to dry easily.

これらのことから、燃料電池の温度を調整する冷却水の温度はあまり高温にできず、例えば、燃料電池が車両に搭載される場合に、空調用に用いられる冷却水の温度に比較して低い温度に設定される。したがって、燃料電池用の冷却水の温度と外気温度との温度差が空調用の冷却水の場合よりも小さく、燃料電池用の冷却機構の小型化に制約を与えている。   For these reasons, the temperature of the cooling water for adjusting the temperature of the fuel cell cannot be so high, for example, when the fuel cell is mounted on a vehicle, it is lower than the temperature of the cooling water used for air conditioning. Set to temperature. Therefore, the temperature difference between the temperature of the cooling water for the fuel cell and the outside air temperature is smaller than that in the case of the cooling water for air conditioning, which limits the miniaturization of the cooling mechanism for the fuel cell.

本発明の目的は、燃料電池の効率運転を確保しながら、燃料電池のより高温の運転を可能とする燃料電池システムを提供することである。   An object of the present invention is to provide a fuel cell system that enables higher temperature operation of the fuel cell while ensuring efficient operation of the fuel cell.

本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池のアノード側ガス入口に燃料ガスを供給する供給流路と、燃料電池のアノード側ガス出口から使用済みガスを排出する排出流路と、排出流路と供給流路との間を接続して設けられる循環流路と、排出流路と循環流路との分岐点と、アノード側ガス出口との間に設けられ、使用済みガスから水分を分離し、分離後のガスを循環流路に戻す気液分離器と、燃料電池用の冷却水の温度を検出する温度検出部と、気液分離器に設けられ、使用済みガスの湿度を高めて循環流路に戻し、あるいは使用済みガスの水分を分離せずにそのまま循環流路に戻して、アノード側ガス入口に供給されるガスの露点を調整する露点調整部と、燃料電池の効率的運転条件の上限に近くに設定される高温運転条件で運転する際に予め設定される燃料電池用の冷却水の閾値温度と、温度検出部によって取得された冷却水温度とを比較し、閾値温度と冷却水温度との差に応じて、露点調整部の作動を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。   A fuel cell system according to the present invention includes a supply flow path for supplying fuel gas to an anode side gas inlet of a fuel cell, a discharge flow path for discharging used gas from the anode side gas outlet of the fuel cell, and a discharge flow path. Provided between the circulation flow path connected between the supply flow path, the branch point of the discharge flow path and the circulation flow path, and the anode side gas outlet, to separate moisture from the used gas, The gas-liquid separator that returns the separated gas to the circulation flow path, the temperature detector that detects the temperature of the cooling water for the fuel cell, and the gas-liquid separator are provided to increase the humidity of the used gas and circulate it. A dew point adjustment unit that adjusts the dew point of the gas supplied to the anode side gas inlet, and returns it to the circulation channel without separating the water of the used gas without separating the water, and the efficient operating conditions of the fuel cell When operating under high temperature operating conditions set close to the upper limit The preset threshold temperature of the coolant for the fuel cell is compared with the coolant temperature acquired by the temperature detector, and the operation of the dew point adjuster is controlled according to the difference between the threshold temperature and the coolant temperature. And a control unit.

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、露点調整部は、気液分離器に設けられるヒータを含み、制御部は、閾値温度と冷却水温度との差に応じてヒータの作動を制御し、気液分離器に貯留される貯留水の温度を調整することが好ましい。   Further, in the fuel cell system according to the present invention, the dew point adjustment unit includes a heater provided in the gas-liquid separator, and the control unit controls the operation of the heater according to a difference between the threshold temperature and the cooling water temperature, It is preferable to adjust the temperature of the stored water stored in the gas-liquid separator.

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、露点調整部は、燃料電池の冷却水循環流路から分岐して気液分離器に貯留される貯留水の中を通り再び冷却水循環路に戻る冷却水分岐流路と、冷却水分岐流路に設けられる冷却水調整弁とを含み、制御部は、閾値温度と冷却水温度との差に応じて冷却水調整弁の作動を制御し、冷却水分岐流路を流れる分岐冷却水の量を調整することが好ましい。   Further, in the fuel cell system according to the present invention, the dew point adjustment unit branches from the cooling water circulation passage of the fuel cell, passes through the stored water stored in the gas-liquid separator, and returns to the cooling water circulation passage again. A cooling water adjustment valve provided in the cooling water branch flow path, and the control unit controls the operation of the cooling water adjustment valve according to a difference between the threshold temperature and the cooling water temperature, It is preferable to adjust the amount of branch cooling water flowing through the path.

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、露点調整部は、アノード側ガス出口から気液分離器に向かう排出流路に設けられる分岐点に一方端が接続され、他方端が気液分離器に貯留される貯留水の中に開口する分岐管路であって、その中に使用済みガスが流れるときに、貯留水をバブルしながら排出流路に使用済みガスを戻すことができるバブル用分岐流路と、分岐点に設けられるバブル調整弁とを含み、制御部は、閾値温度と冷却水温度との差に応じてバブル調整弁の作動を制御し、バブル分岐流路を流れる使用済みガスの量を調整するが好ましい。   Further, in the fuel cell system according to the present invention, the dew point adjusting unit has one end connected to a branch point provided in the discharge flow path from the anode side gas outlet to the gas-liquid separator, and the other end to the gas-liquid separator. A branch pipe that opens into the stored water to be stored, and when used gas flows through it, it can return the used gas to the discharge channel while bubbling the stored water And a bubble regulating valve provided at the branch point, and the control unit controls the operation of the bubble regulating valve according to the difference between the threshold temperature and the cooling water temperature, and controls the used gas flowing through the bubble branching channel. The amount is preferably adjusted.

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、露点調整部は、アノード側ガス出口から気液分離器を介さずに循環流路に使用済みガスを流すことができるバイパス流路と、バイパス流路に設けられるバイパス調整弁とを含み、制御部は、閾値温度と冷却水温度との差に応じてバイパス調整弁の作動を制御し、アノード側ガス出口側からバイパス流路を流れる使用済みガスの量を調整することが好ましい。   Further, in the fuel cell system according to the present invention, the dew point adjusting unit includes a bypass channel that allows the used gas to flow from the anode side gas outlet to the circulation channel without going through the gas-liquid separator, and the bypass channel. The control unit controls the operation of the bypass adjustment valve according to the difference between the threshold temperature and the cooling water temperature, and the amount of used gas flowing through the bypass flow path from the anode side gas outlet side. Is preferably adjusted.

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、気液分離器は、気液分離され気液分離器に貯留される水を外部に排水する排水弁と、排水弁とは別に設けられ、気液分離された気液分離器の中の分離後ガスを外部に排気する排気弁と、を有することが好ましい。   Further, in the fuel cell system according to the present invention, the gas-liquid separator is provided separately from the drain valve for draining water that is gas-liquid separated and stored in the gas-liquid separator to the outside, and the gas-liquid separator. And an exhaust valve for exhausting the separated gas in the gas-liquid separator to the outside.

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、燃料電池のインピーダンスを検出するインピーダンス検出部を備え、制御部は、温度検出部によって閾値温度よりも冷却水温度が高いときに、燃料電池のインピーダンスについて予め定めた閾値インピーダンスと比較し、閾値インピーダンスとインピーダンス検出部によって取得されたインピーダンスと閾値インピーダンスとの差に応じて、露点調整部の作動を制御することが好ましい。   The fuel cell system according to the present invention further includes an impedance detection unit that detects the impedance of the fuel cell, and the control unit previously determines the impedance of the fuel cell when the coolant temperature is higher than the threshold temperature by the temperature detection unit. It is preferable to control the operation of the dew point adjustment unit in accordance with the difference between the threshold impedance and the impedance acquired by the impedance detection unit and the threshold impedance in comparison with the determined threshold impedance.

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、ヒータは、温度が高くなるに応じて抵抗値が上昇する特性を有するヒータであることが好ましい。   In the fuel cell system according to the present invention, the heater is preferably a heater having a characteristic that the resistance value increases as the temperature increases.

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、バイパス流路は、外周に設けられ、外部から断熱される断熱材を有することが好ましい。   In the fuel cell system according to the present invention, the bypass channel preferably has a heat insulating material provided on the outer periphery and thermally insulated from the outside.

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、バイパス流路は、断熱性の高い材料で構成されることが好ましい。   In the fuel cell system according to the present invention, the bypass channel is preferably made of a highly heat-insulating material.

上記構成により、燃料電池システムは、気液分離器に設けられ、使用済みガスの湿度を高めて循環流路に戻し、あるいは使用済みガスの水分を分離せずにそのまま循環流路に戻して、アノード側ガス入口に供給されるガスの露点を調整する露点調整部を備え、燃料電池の効率的運転条件の上限に近くに設定される高温運転条件で運転する際に予め設定される燃料電池用の冷却水の閾値温度と、温度検出部によって取得された冷却水温度とを比較し、閾値温度と冷却水温度との差に応じて、露点調整部の作動を制御する。これによって、冷却水の温度に応じてアノード側ガス入口に供給されるガスの露点を調整して燃料電池の効率運転を確保しながら、燃料電池の高温運転が可能となる。   With the above configuration, the fuel cell system is provided in the gas-liquid separator, increases the humidity of the used gas and returns it to the circulation channel, or returns it to the circulation channel as it is without separating the moisture of the used gas, For fuel cells that have a dew point adjustment unit that adjusts the dew point of the gas supplied to the anode side gas inlet and that are set in advance when operating under high temperature operating conditions set close to the upper limit of the efficient operating conditions of the fuel cell The cooling water threshold temperature is compared with the cooling water temperature acquired by the temperature detection unit, and the operation of the dew point adjustment unit is controlled according to the difference between the threshold temperature and the cooling water temperature. Thus, the fuel cell can be operated at a high temperature while adjusting the dew point of the gas supplied to the anode side gas inlet according to the temperature of the cooling water to ensure the efficient operation of the fuel cell.

また、燃料電池システムにおいて、気液分離器にヒータを設け、閾値温度と冷却水温度との差に応じてヒータの作動を制御し、気液分離器に貯留される貯留水の温度を調整する。貯留水の温度を調整することで使用済みガスの湿度を高めて循環流路に戻すことができ、これによって、冷却水の温度に応じてアノード側ガス入口に供給されるガスの露点を調整することができる。   In the fuel cell system, a heater is provided in the gas-liquid separator, and the heater operation is controlled according to the difference between the threshold temperature and the cooling water temperature, and the temperature of the stored water stored in the gas-liquid separator is adjusted. . By adjusting the temperature of the stored water, it is possible to increase the humidity of the used gas and return it to the circulation flow path, thereby adjusting the dew point of the gas supplied to the anode side gas inlet according to the temperature of the cooling water. be able to.

また、燃料電池システムにおいて、燃料電池の冷却水循環流路から分岐して気液分離器に貯留される貯留水の中を通り再び冷却水循環路に戻る冷却水分岐流路に冷却水調整弁を設け、閾値温度と冷却水温度との差に応じて冷却水調整弁の作動を制御して、冷却水分岐流路を流れる分岐冷却水の量を調整する。燃料電池の冷却水の温度は貯留水の温度に比べ高いので、分岐冷却水の量の調整で貯留水の温度を調整できる。これによって、使用済みガスの湿度を高めて循環流路に戻すことができる。   Also, in the fuel cell system, a cooling water adjustment valve is provided in the cooling water branch passage that branches from the cooling water circulation passage of the fuel cell, passes through the stored water stored in the gas-liquid separator, and returns to the cooling water circulation passage again. The operation of the cooling water adjustment valve is controlled in accordance with the difference between the threshold temperature and the cooling water temperature to adjust the amount of branch cooling water flowing through the cooling water branch flow path. Since the temperature of the cooling water of the fuel cell is higher than the temperature of the stored water, the temperature of the stored water can be adjusted by adjusting the amount of the branch cooling water. As a result, the humidity of the used gas can be increased and returned to the circulation flow path.

また、燃料電池システムにおいて、アノード側ガス出口から気液分離器に向かう排出流路に設けられる分岐点に一方端が接続され、他方端が気液分離器に貯留される貯留水の中に開口する分岐管路であって、その中に使用済みガスが流れるときに、貯留水をバブルしながら排出流路に使用済みガスを戻すことができるバブル用分岐流路と、分岐点に設けられるバブル調整弁とを含む。貯留水をバブルすることで、気液分離器の中のガスの湿度を高めることができ、これによって、使用済みガスの湿度を高めて循環流路に戻すことができる。   Further, in the fuel cell system, one end is connected to a branch point provided in the discharge flow path from the anode side gas outlet to the gas-liquid separator, and the other end is opened in the stored water stored in the gas-liquid separator. A branch pipe for bubbling that can return the used gas to the discharge flow path while bubbling the stored water when used gas flows therein, and a bubble provided at the branch point Including a regulating valve. By bubbling the stored water, it is possible to increase the humidity of the gas in the gas-liquid separator, thereby increasing the humidity of the used gas and returning it to the circulation channel.

また、燃料電池システムにおいて、アノード側ガス出口から気液分離器を介さずに循環流路に使用済みガスを流すことができるバイパス流路にバイパス調整弁が設けられ、閾値温度と冷却水温度との差に応じてバイパス調整弁の作動が制御される。気液分離器自体の温度は、使用済みガスの温度に比較して低いので、使用済みガスが気液分離器に入ることで使用済みガスに含まれる水分が凝集して使用済みガスの湿度が低下する。燃料電池を高温運転するときには、使用済みガスに含まれる水分が元々少ないので、気液分離器を通すことでさらに水分が少なくなる。したがって、このような場合には、気液分離器を通さずに、そのまま循環流路に使用済みガスを戻す方が好ましい。   Further, in the fuel cell system, a bypass adjustment valve is provided in a bypass channel that allows the used gas to flow from the anode side gas outlet to the circulation channel without going through the gas-liquid separator, and the threshold temperature and the cooling water temperature are The operation of the bypass adjusting valve is controlled according to the difference between the two. Since the temperature of the gas-liquid separator itself is lower than the temperature of the used gas, when the used gas enters the gas-liquid separator, moisture contained in the used gas is aggregated and the humidity of the used gas is reduced. descend. When the fuel cell is operated at a high temperature, the moisture contained in the used gas is originally low, so that the moisture is further reduced by passing through the gas-liquid separator. Therefore, in such a case, it is preferable to return the used gas to the circulation flow path without passing through the gas-liquid separator.

上記構成によれば、冷却水の温度に応じてバイパス調整弁の作動が制御されるので、燃料電池が高温運転され、使用済みガスの湿度が低くなっているときには、気液分離器を通さずにバイパス流路を介して使用済みガスを直接循環流路に戻すことができる。これによって、冷却水の温度に応じてアノード側ガス入口に供給されるガスの露点を調整して燃料電池の効率運転を確保しながら、燃料電池の高温運転が可能となる。   According to the above configuration, since the operation of the bypass adjusting valve is controlled according to the temperature of the cooling water, when the fuel cell is operated at a high temperature and the humidity of the used gas is low, the gas-liquid separator is not passed. In addition, the used gas can be directly returned to the circulation channel via the bypass channel. Thus, the fuel cell can be operated at a high temperature while adjusting the dew point of the gas supplied to the anode side gas inlet according to the temperature of the cooling water to ensure the efficient operation of the fuel cell.

また、燃料電池システムにおいて、気液分離器は、気液分離され気液分離器に貯留される水を外部に排水する排水弁とは別に、気液分離された気液分離器の中の分離後ガスを外部に排気する排気弁を有する。気液分離器に水を貯留し、この貯留水を利用して使用済みガスを加湿したいが、一方で、気液分離して水分を除去したガスにおける不純物ガス濃度が高まってきたときに排気を行いたいことが生じる。上記構成によれば、排水と排気とをそれぞれ独立のタイミングで行うことが可能となり、燃料電池の効率運転を確保しながら、燃料電池の高温運転が可能となる。   In the fuel cell system, the gas-liquid separator is separated from the gas-liquid separated gas-liquid separator separately from the drain valve for draining water stored in the gas-liquid separator. An exhaust valve for exhausting the rear gas to the outside is provided. I want to store water in the gas-liquid separator and use this stored water to humidify the used gas, but on the other hand, exhaust gas when the concentration of impurity gas in the gas that has been gas-liquid separated to remove moisture has increased. What you want to do happens. According to the above configuration, drainage and exhaust can be performed at independent timings, and high-temperature operation of the fuel cell is possible while ensuring efficient operation of the fuel cell.

また、燃料電池システムにおいて、閾値温度よりも冷却水温度が高いときに、さらに燃料電池のインピーダンスを検出し、予め定めた閾値インピーダンス比較して、その差に応じて、露点調整部の作動が制御される。これにより、燃料電池について効率運転を確保しながらの高温運転のきめ細かな制御が可能となる。   Also, in the fuel cell system, when the coolant temperature is higher than the threshold temperature, the fuel cell impedance is further detected and compared with a predetermined threshold impedance, and the operation of the dew point adjustment unit is controlled according to the difference. Is done. As a result, fine control of high-temperature operation is possible while ensuring efficient operation of the fuel cell.

また、燃料電池システムにおいて、ヒータは、温度が高くなるに応じて抵抗値が上昇する特性を有するヒータであるので、ヒータ作動の暴走等を自動的に抑制することができる。   In the fuel cell system, since the heater has a characteristic that the resistance value increases as the temperature increases, the runaway of the heater operation can be automatically suppressed.

また、燃料電池システムにおいて、バイパス流路は断熱材を有するので、使用済みガスに含まれる水分の凝集を抑制することができる。また、燃料電池システムにおいて、バイパス流路は、断熱性の高い材料で構成されるので、この場合にも、使用済みガスに含まれる水分の凝集を抑制することができる。   In the fuel cell system, since the bypass channel has a heat insulating material, aggregation of moisture contained in the used gas can be suppressed. In the fuel cell system, the bypass channel is made of a highly heat-insulating material, and in this case as well, aggregation of moisture contained in the used gas can be suppressed.

本発明に係る実施の形態における燃料電池システムの構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the fuel cell system in embodiment which concerns on this invention. 本発明の基礎となる関係図で、燃料電池の運転温度とセル電圧とアノード側ガス入口のガスの露点との関係を説明する図である。FIG. 5 is a relational diagram that is the basis of the present invention and is a diagram for explaining the relation among the operating temperature of the fuel cell, the cell voltage, and the gas dew point at the anode side gas inlet. 本発明の基礎となる関係図で、燃料電池の運転温度を一定として、セル電圧とアノード側ガス入口のガスの露点との関係を説明する図である。FIG. 5 is a relational diagram that is the basis of the present invention and is a diagram for explaining the relation between the cell voltage and the dew point of the gas at the anode side gas inlet with the operating temperature of the fuel cell being constant. 本発明に係る実施の形態において、気液分離器にヒータを用いる例を説明する図である。In embodiment which concerns on this invention, it is a figure explaining the example which uses a heater for a gas-liquid separator. 本発明に係る実施の形態において、気液分離器に設けられるヒータを例として、燃料電池の高温運転のときにアノード側ガス入口に供給されるガスの露点を調整する手順を説明するフローチャートである。4 is a flowchart illustrating a procedure for adjusting the dew point of gas supplied to an anode side gas inlet during high temperature operation of a fuel cell, taking as an example a heater provided in a gas-liquid separator in an embodiment according to the present invention. . 本発明に係る実施の形態において、気液分離器に燃料電池用冷却水を分流して温度調整する例を説明する図である。In embodiment which concerns on this invention, it is a figure explaining the example which diverts the cooling water for fuel cells to a gas-liquid separator, and adjusts temperature. 本発明に係る実施の形態において、気液分離器にバブル機構を設ける例を説明する図である。In embodiment which concerns on this invention, it is a figure explaining the example which provides a bubble mechanism in a gas-liquid separator. 本発明に係る実施の形態において、気液分離器をバイパスする流路を設ける例を説明する図である。In embodiment which concerns on this invention, it is a figure explaining the example which provides the flow path which bypasses a gas-liquid separator. 本発明に係る実施の形態において、気液分離器に排水弁と別に排気弁を設ける例を説明する図である。In embodiment which concerns on this invention, it is a figure explaining the example which provides an exhaust valve separately from a drain valve in a gas-liquid separator.

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、気液分離器として、車両に搭載される燃料電池に設けられるものを説明するが、車両搭載用以外の燃料電池に設けられるものであってもよい。例えば、据置型の燃料電池システムであってもよい。   Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Below, what is provided in the fuel cell mounted in a vehicle as a gas-liquid separator is demonstrated, However, You may provide in fuel cells other than vehicle-mounted. For example, a stationary fuel cell system may be used.

また、以下では、燃料電池システムとして、アノード側に、水素タンク、レギュレータ、水素循環ポンプ、気液分離器、排水弁が配置され、カソード側に、大気源、エアコンプレッサ(ACP)、加湿器、調圧弁が配置され、また冷却水系統が配置されるものとして説明するが、これは説明のための一例であって、これ以外の要素、例えば、ガスシャット弁、適当なガスバイパス系統等を付加することができる。   In the following, as a fuel cell system, a hydrogen tank, a regulator, a hydrogen circulation pump, a gas-liquid separator, and a drain valve are arranged on the anode side, and an air source, an air compressor (ACP), a humidifier, Although the explanation will be made on the assumption that a pressure regulating valve and a cooling water system are arranged, this is an example for explanation, and other elements such as a gas shut valve, an appropriate gas bypass system, etc. are added. can do.

また、以下で説明する材料、温度等は説明のための例示であって、燃料電池システムの仕様に応じて適宜変更が可能である。   In addition, materials, temperatures, and the like described below are illustrative examples, and can be appropriately changed according to the specifications of the fuel cell system.

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。   Below, the same code | symbol is attached | subjected to the same element in all the drawings, and the overlapping description is abbreviate | omitted. In the description in the text, the symbols described before are used as necessary.

図1は、車両搭載用の燃料電池システム10の構成を示す図である。この燃料電池システム10は、ハイブリッド車両に搭載し、走行用回転電機等の電源として用いられる。図1には、燃料電池システム10の構成要素ではないが、その発電電力を用いて駆動される対象としての負荷8が図示されている。負荷8としては燃料電池システム10によって発電される電力を利用する電気機器が全て含まれるが、燃料電池システム10に直接接続される負荷8としては、回転電機用のインバータ回路、DC/DCコンバータ等である。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system 10 mounted on a vehicle. The fuel cell system 10 is mounted on a hybrid vehicle and used as a power source for a rotating electric machine for traveling. FIG. 1 shows a load 8 that is not a component of the fuel cell system 10 but is driven by using the generated power. The load 8 includes all electric devices that use the power generated by the fuel cell system 10, but the load 8 directly connected to the fuel cell system 10 includes an inverter circuit for a rotating electrical machine, a DC / DC converter, and the like. It is.

燃料電池システム10は、システム本体部12と、図示されていない車両運転指令部からの運転指令に基づいてシステム本体部12の各構成要素の作動を全体として制御する制御装置80を含んで構成される。   The fuel cell system 10 includes a system main body 12 and a control device 80 that controls the operation of each component of the system main body 12 as a whole based on a driving command from a vehicle driving command unit (not shown). The

システム本体部12は、燃料電池セルが複数積層されて燃料電池スタック14と呼ばれる燃料電池本体及び、燃料電池スタック14のアノード側に配置される水素ガス供給のための各要素と、カソード側に配置される空気供給のための各要素を含んで構成される。   The system main body 12 includes a fuel cell main body called a fuel cell stack 14 in which a plurality of fuel cells are stacked, elements for supplying hydrogen gas arranged on the anode side of the fuel cell stack 14, and a cathode side. Each element for air supply is configured.

燃料電池スタック14は、単セルと呼ばれる単位燃料電池を複数接続して所望の端子電圧と出力電流を取り出せるように構成された組電池である。単セルは、電解質膜を挟んでその両側のカソード側とアノード側にそれぞれ触媒層と拡散層と多孔質電極層とセパレータが配置される構造を有し、アノード側に水素等の燃料ガスを供給し、カソード側に酸素を含む酸化ガス、例えば空気を供給し、電解質膜を通しての電気化学反応によって発電し、必要な電力を取り出す機能を有する。   The fuel cell stack 14 is an assembled battery configured to connect a plurality of unit fuel cells called single cells and take out a desired terminal voltage and output current. A single cell has a structure in which a catalyst layer, a diffusion layer, a porous electrode layer, and a separator are arranged on the cathode side and the anode side on both sides of the electrolyte membrane, and a fuel gas such as hydrogen is supplied to the anode side. In addition, an oxidizing gas containing oxygen, for example, air, is supplied to the cathode side, and it has a function of generating electric power by an electrochemical reaction through the electrolyte membrane and taking out necessary electric power.

カソード側の酸素供給源(AIR)20は、酸化ガス源であるが、実際には大気を用いることができる。フィルタ22は、酸素供給源20である大気中の異物を除去して燃料電池スタック14の供給に適した状態にする機能を有する。   The oxygen supply source (AIR) 20 on the cathode side is an oxidizing gas source, but in reality, the atmosphere can be used. The filter 22 has a function of removing a foreign substance in the atmosphere, which is the oxygen supply source 20, so as to be in a state suitable for supplying the fuel cell stack 14.

エアコンプレッサ(ACP)24は、図示されていないモータによって酸化ガスを容積圧縮してその圧力を高める気体昇圧機である。またACP24は、制御装置80の制御の下で、その回転速度(毎分当りの回転数)を可変して、所定量の酸化ガスを提供する機能を有する。すなわち、酸化ガスの所要流量が大きいときは、モータの回転速度を上げ、逆に酸化ガスの所要流量が小さいときは、モータの回転速度を下げる。   The air compressor (ACP) 24 is a gas booster that increases the pressure by compressing the volume of oxidizing gas by a motor (not shown). In addition, the ACP 24 has a function of providing a predetermined amount of oxidizing gas by changing the rotation speed (the number of rotations per minute) under the control of the control device 80. That is, when the required flow rate of the oxidizing gas is large, the rotational speed of the motor is increased. Conversely, when the required flow rate of the oxidizing gas is small, the rotational speed of the motor is decreased.

このように燃料電池スタック14のカソード側には酸素を含む空気がACP24によって制御装置80の制御の下で供給されるので、酸素供給源20からACP24までの要素を、酸素供給装置と呼ぶことができる。   As described above, since oxygen-containing air is supplied to the cathode side of the fuel cell stack 14 by the ACP 24 under the control of the control device 80, elements from the oxygen supply source 20 to the ACP 24 may be referred to as an oxygen supply device. it can.

ACP24と燃料電池スタック14のカソード側ガス入口とを接続する酸化ガス供給流路は、ACP24によって適当な圧力と流量に調整された酸化ガスを燃料電池スタック14に供給する機能を有するガス配管である。   The oxidizing gas supply flow path connecting the ACP 24 and the cathode side gas inlet of the fuel cell stack 14 is a gas pipe having a function of supplying the oxidizing gas adjusted to an appropriate pressure and flow rate by the ACP 24 to the fuel cell stack 14. .

燃料電池スタック14のカソード側ガス出口に接続される酸化ガス排出流路は、燃料電池スタック14のカソード側ガス入口から供給された酸化ガスが電気化学反応を行って使用済みとなった酸化ガスを排出するガス配管である。   The oxidizing gas discharge flow path connected to the cathode side gas outlet of the fuel cell stack 14 is used to convert the oxidizing gas used from the oxidation gas supplied from the cathode side gas inlet of the fuel cell stack 14 through an electrochemical reaction. It is a gas pipe to be discharged.

酸化ガス供給流路と酸化ガス排出流路とにまたがって配置される加湿器26は、ACP26から供給される酸化ガスを加湿して燃料電池スタック14に供給する機能を有するガス交換型加湿器である。ここでは、燃料電池スタック14から排出され反応生成物である水蒸気を含む使用済み酸化ガスを用い、中空糸を介して水蒸気をACP26から供給される酸化ガスに与えて加湿する。   The humidifier 26 arranged across the oxidizing gas supply channel and the oxidizing gas discharge channel is a gas exchange type humidifier having a function of humidifying the oxidizing gas supplied from the ACP 26 and supplying the humidified gas to the fuel cell stack 14. is there. Here, the used oxidizing gas containing water vapor as a reaction product discharged from the fuel cell stack 14 is used, and the water vapor is supplied to the oxidizing gas supplied from the ACP 26 through the hollow fiber and humidified.

カソード側ガス出口のすぐ下流側で酸化ガス排出流路に直列に配置接続される調圧弁28は、背圧弁とも呼ばれるが、カソード側ガス出口のガス圧を調整し、燃料電池スタック14への酸化ガスの流量を調整する機能を有する弁である。   The pressure regulating valve 28 arranged and connected in series with the oxidizing gas discharge channel immediately downstream of the cathode side gas outlet is also called a back pressure valve, and adjusts the gas pressure at the cathode side gas outlet to oxidize the fuel cell stack 14. It is a valve having a function of adjusting the flow rate of gas.

調圧弁28から加湿器26を経由して使用済みとなった酸化ガスは、燃料電池スタック14における反応生成物である水または水蒸気と共に、カソード側排気ガスとして、希釈器、マフラ等を経由して外気(EX)に排出される。   The used oxidizing gas from the pressure regulating valve 28 via the humidifier 26 is combined with water or water vapor as a reaction product in the fuel cell stack 14 as a cathode side exhaust gas via a diluter, a muffler or the like. It is discharged to the outside air (EX).

アノード側の水素ガス源40は、燃料ガスとしての水素を供給するタンクである。タンクは複数並列接続して用いるものとしてもよい。水素ガス源40は、タンクの供給口に設けられる遮断弁42を経由してレギュレータ44,46に接続される。レギュレータ44,46は、制御装置80の制御の下で、水素ガス源40の高いガス圧を適当な圧力に調整する機能を有する。図1の例ではレギュレータ44,46は直列に2段接続されているが、これによって、タンク内の高いガス圧を効果的に降圧することができる。   The anode-side hydrogen gas source 40 is a tank that supplies hydrogen as a fuel gas. A plurality of tanks may be connected in parallel. The hydrogen gas source 40 is connected to regulators 44 and 46 via a shutoff valve 42 provided at a tank supply port. The regulators 44 and 46 have a function of adjusting the high gas pressure of the hydrogen gas source 40 to an appropriate pressure under the control of the control device 80. In the example of FIG. 1, the regulators 44 and 46 are connected in two stages in series, but this makes it possible to effectively lower the high gas pressure in the tank.

レギュレータ44の下流側に設けられるインジェクタ48は、弁体を電磁駆動力で所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることで、ガス流量、ガス圧を調整する機能を有する一種の開閉弁である。インジェクタ48の作動は制御装置80によって制御され、これによって、燃料電池スタック14に供給される水素ガスの流量等を、運転指令に適合するものとできる。   The injector 48 provided on the downstream side of the regulator 44 is a kind of on-off valve having a function of adjusting the gas flow rate and the gas pressure by driving the valve body with an electromagnetic driving force at a predetermined driving cycle and separating it from the valve seat. It is. The operation of the injector 48 is controlled by the control device 80, whereby the flow rate of the hydrogen gas supplied to the fuel cell stack 14 can be adapted to the operation command.

インジェクタ48の出力口から燃料電池スタック14のアノード側ガス入口52との間に設けられる燃料ガスの供給流路50は、燃料電池スタック14に燃料ガスである水素を実際に供給する機能を有するガス配管である。   A fuel gas supply channel 50 provided between the output port of the injector 48 and the anode side gas inlet 52 of the fuel cell stack 14 has a function of actually supplying hydrogen, which is a fuel gas, to the fuel cell stack 14. It is piping.

燃料電池スタック14のアノード側ガス出口54に接続される排出流路56は、燃料電池スタック14のアノード側ガス入口52から供給された燃料ガスが電気化学反応を行って使用済みとなった燃料ガスを排出するガス配管である。   The discharge flow path 56 connected to the anode side gas outlet 54 of the fuel cell stack 14 is a fuel gas that has been used after the fuel gas supplied from the anode side gas inlet 52 of the fuel cell stack 14 undergoes an electrochemical reaction. It is gas piping which discharges.

排出流路56と供給流路50との間に接続されて配置される循環流路60は、アノード側ガス出口54から排出される使用済みとなった燃料ガスの中の水素ガスを再び利用してアノード側ガス入口52に戻す機能を有するガス配管である。   The circulation flow path 60 connected and disposed between the discharge flow path 56 and the supply flow path 50 uses the hydrogen gas in the used fuel gas discharged from the anode side gas outlet 54 again. The gas pipe has a function of returning to the anode side gas inlet 52.

循環流路60に設けられる水素ポンプ62は、循環流路60に戻されたガスを適当に加圧して供給流路50に供給する機能を有する気体ポンプである。   The hydrogen pump 62 provided in the circulation channel 60 is a gas pump having a function of appropriately pressurizing the gas returned to the circulation channel 60 and supplying it to the supply channel 50.

燃料ガスの排出流路56に配置される気液分離器58は、アノード側ガス出口54から排出される水分混じりの使用済み燃料ガスを、比質量の小さい燃料ガスを多く含むガスと、比質量の大きい水混じりの不純物ガスとに分離する機能を有する装置である。気液分離器58によって分離された燃料ガスを多く含むガスは、上記のように循環流路60を介して再び供給流路50に戻される。また、気液分離器58によって分離された水と不純物ガスの混じった水素ガスは、排水弁59を介し、アノード側排気ガスとして、希釈器64を経由して外気(EX)に排出される。   The gas-liquid separator 58 disposed in the fuel gas discharge flow path 56 includes a used fuel gas mixed with moisture discharged from the anode side gas outlet 54, a gas containing a large amount of fuel gas having a small specific mass, and a specific mass. It is an apparatus having a function of separating into an impurity gas mixed with water having a large size. The gas containing a large amount of fuel gas separated by the gas-liquid separator 58 is returned again to the supply flow path 50 through the circulation flow path 60 as described above. Further, the hydrogen gas mixed with the water and the impurity gas separated by the gas-liquid separator 58 is discharged to the outside air (EX) via the drain valve 59 and as the anode side exhaust gas via the diluter 64.

かかる気液分離器58としては、液体混じりの気体が導入される導入口と、液体混じりの気体を液体と気体に分離する機構と、分離された気体を出力する出力口と、分離された液体あるいは液体混じりの気体を排出する排出口とを有する容器が用いられる。液体混じりの気体を気体と液体とに分離する機構としては、適当に長い流路を設けてその間に比質量の相違によって気体と液体に分かれる原理を利用する構成の他、遠心力による分離を利用する構成、あるいは表面張力による分離を利用する構成のものを用いることができる。   The gas-liquid separator 58 includes an inlet for introducing a liquid-mixed gas, a mechanism for separating the liquid-mixed gas into liquid and gas, an output port for outputting the separated gas, and a separated liquid. Or the container which has the discharge port which discharges | emits the gas mixed with a liquid is used. As a mechanism for separating liquid-mixed gas into gas and liquid, in addition to a configuration that uses the principle of separating gas and liquid due to the difference in specific mass between them, a separation by centrifugal force is used. The structure which uses or the structure using the separation by surface tension can be used.

気液分離器58に設けられる露点調整部70は、燃料電池スタック14のアノード側ガス出口54からの使用済みガスの湿度を高めて循環流路60に戻し、あるいは使用済みガスの水分を分離せずにそのまま循環流路60に戻して、アノード側ガス入口52に供給されるガスの露点を調整する機能を有する機構である。   The dew point adjusting unit 70 provided in the gas-liquid separator 58 increases the humidity of the used gas from the anode side gas outlet 54 of the fuel cell stack 14 and returns it to the circulation channel 60 or separates the moisture of the used gas. This is a mechanism having a function of adjusting the dew point of the gas supplied to the anode side gas inlet 52 without returning to the circulation flow path 60 as it is.

露点調整部70としては、気液分離器58の貯留水の温度を調整するヒータ等、あるいは、気液分離器58をバイパスして気液分離器58による水分凝集を避けるバイパス流路を用いることができる。具体的な露点調整部70の構成と作用については後述する。   As the dew point adjusting unit 70, a heater or the like that adjusts the temperature of the stored water of the gas-liquid separator 58, or a bypass channel that bypasses the gas-liquid separator 58 and avoids water aggregation by the gas-liquid separator 58 is used. Can do. A specific configuration and operation of the dew point adjusting unit 70 will be described later.

冷却水循環流路30は、燃料電池スタック14を適当な温度に維持するために冷媒である冷却水を流すための配管である。冷却水循環流路30は、途中に冷却水循環ポンプ32が設けられ、燃料電池スタック14と、熱交換器であるラジエータ34との間に冷却水を循環させる。   The cooling water circulation passage 30 is a pipe for flowing cooling water as a refrigerant in order to maintain the fuel cell stack 14 at an appropriate temperature. The cooling water circulation passage 30 is provided with a cooling water circulation pump 32 in the middle, and circulates the cooling water between the fuel cell stack 14 and the radiator 34 which is a heat exchanger.

冷却水循環流路30に設けられる冷却水温度計36は、冷却水温度TFCを検出する機能を有する温度検出手段である。冷却水温度TFCは、上記のように燃料電池スタック14を通るので、燃料電池スタック14の温度を代表していることになる。燃料電池スタック14の温度は、燃料電池スタック14を構成する単セルにおける電解質膜の湿度に影響を及ぼす。例えば、燃料電池スタック14の温度が高温であると電解質膜の湿度が低下して乾燥気味となり発電効率が低下する。逆に、燃料電池スタック14の温度が低温であると電解質膜の湿度が高くなり、場合によっては電解質膜が水で覆われるフラッディング現象となり、ガスの移動が困難となって発電に支障を生じる。 Coolant temperature gauge 36 provided in the cooling water circulation passage 30 is a temperature detecting means having a function of detecting a coolant temperature T FC. Coolant temperature T FC, since through the fuel cell stack 14 as described above, so that is representative of the temperature of the fuel cell stack 14. The temperature of the fuel cell stack 14 affects the humidity of the electrolyte membrane in the single cell that constitutes the fuel cell stack 14. For example, when the temperature of the fuel cell stack 14 is high, the humidity of the electrolyte membrane decreases, and the fuel cell stack 14 becomes dry and the power generation efficiency decreases. On the other hand, when the temperature of the fuel cell stack 14 is low, the humidity of the electrolyte membrane increases, and in some cases, the electrolyte membrane is flooded with water, which makes it difficult for gas to move and hinders power generation.

このように、冷却水温度TFCは、燃料電池スタック14の発電に影響を与える燃料電池スタック14の温度を代表的に示すものである。そこで、冷却水温度計36によって検出された冷却水温度TFCは、適当な信号線を介し、制御装置80に伝送され、燃料電池システム10の運転制御に用いられる。 Thus, the cooling water temperature T FC typically represents the temperature of the fuel cell stack 14 that affects the power generation of the fuel cell stack 14. Therefore, the cooling water temperature T FC detected by the coolant temperature gauge 36, through an appropriate signal line is transmitted to the control device 80 is used for operation control of the fuel cell system 10.

なお、燃料電池スタック14を構成する単セルの電解質膜における湿度の状況は、単セルのインピーダンスZを測定することで評価することができる。すなわち、電解質膜の湿度が高いときはそのインピーダンスZが低い値を示し、逆に電解質膜の湿度が低いときはそのインピーダンスZが高い値を示す。Z測定装置66は、燃料電池スタック14を構成する単セルのインピーダンスZを測定する機能を有するインピーダンス検出手段である。インピーダンスZの測定は、電圧と電流とを用いて行う方法の他、高周波インピーダンス測定法等を用いることができる。   It should be noted that the state of humidity in the electrolyte membrane of the single cell constituting the fuel cell stack 14 can be evaluated by measuring the impedance Z of the single cell. That is, when the humidity of the electrolyte membrane is high, the impedance Z shows a low value. Conversely, when the humidity of the electrolyte membrane is low, the impedance Z shows a high value. The Z measuring device 66 is an impedance detection unit having a function of measuring the impedance Z of the single cell that constitutes the fuel cell stack 14. The impedance Z can be measured by a high frequency impedance measurement method or the like in addition to a method using voltage and current.

インピーダンスZは、上記のように、燃料電池スタック14の発電に影響を与える電解質膜の湿度を代表的に示すものである。そこで、Z測定装置66によって検出されたインピーダンスZは、適当な信号線を介し、制御装置80に伝送され、燃料電池システム10の運転制御に用いられる。   The impedance Z typically indicates the humidity of the electrolyte membrane that affects the power generation of the fuel cell stack 14 as described above. Therefore, the impedance Z detected by the Z measuring device 66 is transmitted to the control device 80 via an appropriate signal line and used for operation control of the fuel cell system 10.

制御装置80は、図示されていない運転指令部からの燃料電池運転指令に従って、システム本体部12の各構成要素をシステム全体として制御するもので、いわゆる燃料電池CPUと呼ばれることがある。例えば、燃料電池運転指令に従って、ACP24の作動を制御して燃料電池スタック14に供給される酸化ガスの流量を調整し、調圧弁28の作動を制御して酸化ガスの圧力を調整し、またインジェクタ48の作動を制御して燃料電池スタック14に供給される燃料ガスの流量等を調整する機能を有する。   The control device 80 controls each component of the system body 12 as a whole system in accordance with a fuel cell operation command from an operation command unit (not shown), and is sometimes called a so-called fuel cell CPU. For example, according to the fuel cell operation command, the operation of the ACP 24 is controlled to adjust the flow rate of the oxidizing gas supplied to the fuel cell stack 14, the operation of the pressure regulating valve 28 is controlled to adjust the pressure of the oxidizing gas, and the injector It has a function of controlling the operation of 48 and adjusting the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell stack 14.

そして、ここでは特に、燃料電池システム10の効率的運転条件の上限に近くに設定される高温運転条件で運転するときに、露点調整部70の作動を制御し、アノード側ガス入口52におけるガスの露点を適切に調整する機能を有する。なお、アノード側ガス入口52におけるガスの露点の評価箇所を示すために、図1には、露点θを評価する露点評価手段68がアノード側ガス入口52のすぐ上流側に設けられる様子が図示されている。   Here, particularly, when operating under high temperature operating conditions set close to the upper limit of the efficient operating conditions of the fuel cell system 10, the operation of the dew point adjustment unit 70 is controlled, and the gas at the anode side gas inlet 52 is controlled. Has the function of adjusting the dew point appropriately. In order to show the evaluation point of the gas dew point at the anode side gas inlet 52, FIG. 1 shows a state in which a dew point evaluation means 68 for evaluating the dew point θ is provided immediately upstream of the anode side gas inlet 52. ing.

そのために、制御装置80は、冷却水温度計36によって検出される冷却水温度TFCを取得する冷却水温度取得処理部82と、検出された冷却水温度TFCと、燃料電池システム10の高温運転の際に予め設定される燃料電池用の冷却水の閾値温度T0とを比較する温度比較処理部84と、閾値温度T0と冷却水温度TFCとの差に応じて露点調整部70の作動を制御する露点調整処理部86を含んで構成される。 For this purpose, the control device 80 obtains the cooling water temperature acquisition processing unit 82 that acquires the cooling water temperature T FC detected by the cooling water thermometer 36, the detected cooling water temperature T FC, and the high temperature of the fuel cell system 10. A temperature comparison processing unit 84 that compares the threshold temperature T 0 of the cooling water for the fuel cell set in advance during operation, and the dew point adjustment unit 70 according to the difference between the threshold temperature T 0 and the cooling water temperature T FC The dew point adjustment processing unit 86 is configured to control the operation.

かかる制御装置80は、車両搭載に適したコンピュータで構成することができる。そして、上記の各機能は、ソフトウェアを実行することで実現できる。具体的には、燃料電池運転プログラムを実行することでこれらの機能を実現できる。これらの機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。   The control device 80 can be configured by a computer suitable for mounting on a vehicle. Each of the above functions can be realized by executing software. Specifically, these functions can be realized by executing a fuel cell operation program. Some of these functions may be realized by hardware.

図2、図3は、本発明の基礎となる考えを説明する図である。これらの図には、燃料電池の運転温度と、単電池の端子電圧であるセル電圧と、アノード側ガス入口52におけるガスの露点θとの関係が示されている。すなわち、図2は、アノード側ガス入口52における露点θをパラメータとして、横軸に燃料電池スタック14の冷却水温度TFCがとられ、縦軸にセル電圧がとられている。図3には、冷却水温度TFCを一定としたときの状態として、横軸にアノード側ガス入口52におけるガスの露点θをとり、縦軸にセル電圧がとられている。 FIG. 2 and FIG. 3 are diagrams for explaining the idea underlying the present invention. In these drawings, the relationship between the operating temperature of the fuel cell, the cell voltage that is the terminal voltage of the unit cell, and the gas dew point θ at the anode side gas inlet 52 is shown. That is, FIG. 2, the dew point θ at the anode side gas inlet 52 as a parameter, the cooling water temperature T FC of the fuel cell stack 14 is taken on the horizontal axis, the cell voltage is taken on the vertical axis. 3 shows, as a state in which the cooling water temperature T FC is constant, the horizontal axis represents the dew point θ of the gas in the anode gas inlet 52, the cell voltage is taken on the vertical axis.

図2において、アノード側ガス入口52におけるガスの露点θは、θ3>θ2>θ1である。図2に示されるように、冷却水温度TFCが高温となるにつれて、セル電圧が低下し、燃料電池スタック14の発電効率が低下することが分かる。そして、一般的運転条件においては、冷却水温度TFCの変化があってもセル電圧があまり変化しない範囲に冷却水温度TFCが設定される。その上限の冷却水温度TFCを閾値温度T0とすると、冷却水温度TFCが閾値温度T0未満であれば、冷却水温度TFCの変化に関わらず、燃料電池システム10を効率的に運転することができる。 In FIG. 2, the dew point θ of the gas at the anode side gas inlet 52 is θ 3 > θ 2 > θ 1 . As shown in FIG. 2, as the cooling water temperature T FC becomes high, the cell voltage decreases, the power generation efficiency of the fuel cell stack 14 is seen to decrease. Under general operating conditions, the cooling water temperature T FC is set in a range where the cell voltage does not change much even if the cooling water temperature T FC changes. Assuming that the upper limit cooling water temperature T FC is the threshold temperature T 0 , if the cooling water temperature T FC is less than the threshold temperature T 0 , the fuel cell system 10 can be efficiently operated regardless of the change in the cooling water temperature T FC. You can drive.

換言すれば、冷却水温度TFCが閾値温度T0以上のときは、そのままではセル電圧の低下が生じ、燃料電池システム10の発電効率が低下することになる。ところで、図2によれば、そのような場合でも、アノード側ガス入口52におけるガスの露点θを高くすることで、燃料電池システム10の発電効率の低下を抑制することができる。例えば、露点θ1に代えて、露点θ2とすることができれば、セル電圧の低下の始まるTFCは高温側に延びる。さらに露点θ3とすることができれば、セル電圧の低下の始まるTFCを大幅に高温側に延ばすことができる。その様子は、図3においても同様に示されている。 In other words, when the cooling water temperature T FC is equal to or higher than the threshold temperature T 0 , the cell voltage is lowered as it is, and the power generation efficiency of the fuel cell system 10 is lowered. Incidentally, according to FIG. 2, even in such a case, it is possible to suppress a decrease in power generation efficiency of the fuel cell system 10 by increasing the gas dew point θ at the anode side gas inlet 52. For example, instead of the dew point theta 1, if it is possible to dew point theta 2, T FC the start of reduction of the cell voltage extends to the high temperature side. If it is possible further to the dew point theta 3, can be extended beginning T FC of cell voltage reduction significantly to the high temperature side. The situation is also shown in FIG.

すなわち、燃料電池システム10の効率的運転条件の上限に近くに設定される高温運転条件で運転する際には、予め設定される燃料電池用の冷却水の閾値温度T0からの乖離を見て、その乖離の大きさに応じて、アノード側ガス入口52におけるガスの露点θを高くすればよい。このようにすることで、セル電圧を安定維持しながら、燃料電池システム10の高温運転が可能となる。燃料電池システム10の高温運転が可能になれば、冷却水の温度TFCと外気温度との差を大きくできるので、燃料電池スタック14の冷却用のラジエータ34を小型にでき、また、冷却水循環ポンプ32の作動頻度が少なくなるのでその小型化が可能となる。 That is, when operating at a high temperature operating condition set close to the upper limit of the efficient operating condition of the fuel cell system 10, look at the deviation from the preset threshold temperature T 0 of the cooling water for the fuel cell. The dew point θ of the gas at the anode side gas inlet 52 may be increased according to the magnitude of the deviation. By doing in this way, high temperature operation of fuel cell system 10 is attained, maintaining cell voltage stably. If possible high temperature operation of the fuel cell system 10, since the difference between the temperature T FC and the ambient temperature of the cooling water can be increased, can the radiator 34 for cooling the fuel cell stack 14 in a small, also the cooling water circulation pump Since the operation frequency of 32 is reduced, the size can be reduced.

すなわち、燃料電池システム10の高温運転のためには、冷却水の閾値温度T0と、冷却水温度計36によって取得された冷却水温度TFCとを比較し、閾値温度T0と冷却水温度TFCとの差に応じて、露点調整部70の作動を制御して、アノード側ガス入口52におけるガスの露点θを調整すればよい。制御装置80は、このための機能を有する。 That is, for high temperature operation of the fuel cell system 10 includes a threshold temperature T 0 of the cooling water, it has been compared with the cooling water temperature T FC obtained by the cooling water thermometer 36, the threshold temperature T 0 and the cooling water temperature in accordance with the difference between T FC, and controls the operation of the dew-point adjusting unit 70 may be adjusted to the dew point θ of the gas in the anode gas inlet 52. The control device 80 has a function for this purpose.

以下に、上記構成の作用、特に制御装置80の各機能について、図4から図9を用いて、露点調整部70のいくつかの例の作動と関連して詳細に説明する。この中で、図4から図7は、気液分離器58の中に貯留される貯留水の温度を調整することで循環流路60に戻されるガスの湿度を高める露点調整部のいくつかの例を取り上げて説明する図である。図8は、気液分離器58をバイパスする流路を設け、気液分離器58による水分の凝集を避けて、アノード側ガス出口54のガスに含まれる水分をそのままにして循環流路60に戻す露点調整部の例を取り上げて説明する図である。図9は、気液分離器58の貯留水の温度を高めながら、不純物濃度が高くなったガスを排気できる構成の例を取り上げて説明する図である。   In the following, the operation of the above configuration, in particular, each function of the control device 80 will be described in detail in connection with the operation of some examples of the dew point adjusting unit 70 using FIGS. Among these, FIG. 4 to FIG. 7 show some of the dew point adjusting units that increase the humidity of the gas returned to the circulation flow path 60 by adjusting the temperature of the stored water stored in the gas-liquid separator 58. It is a figure which picks up and explains an example. FIG. 8 shows a flow path that bypasses the gas-liquid separator 58, avoids moisture aggregation by the gas-liquid separator 58, and leaves the moisture contained in the gas at the anode side gas outlet 54 as it is in the circulation flow path 60. It is a figure which picks up and explains the example of the dew point adjustment part to return. FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a configuration in which the gas with a high impurity concentration can be exhausted while increasing the temperature of the stored water in the gas-liquid separator 58.

図4は、上記のように、気液分離器58の中に貯留される貯留水の温度を調整することで循環流路60に戻されるガスの湿度を高める露点調整部100として、ヒータ102とヒータコントローラ104とを用いる例を示す図である。   As described above, FIG. 4 illustrates a heater 102 as a dew point adjusting unit 100 that increases the humidity of the gas returned to the circulation flow path 60 by adjusting the temperature of the stored water stored in the gas-liquid separator 58. It is a figure which shows the example using a heater controller.

アノード側ガス出口54から気液分離器58に入った水混じりのガス90は、水と気体の比質量の差によって、軽いガス92は上方に、重い水は重力方向に分離して気液分離器58の底部に溜まって貯留水94となる。アノード側ガス出口54から排出されるガスには窒素ガス等の不純物ガスが含まれるが、それらの一部は貯留水94に含まれ、一部は水から分離して軽いガスに含まれる。   The water-mixed gas 90 that has entered the gas-liquid separator 58 from the anode-side gas outlet 54 is separated into gas and liquid by separating light gas 92 upward and heavy water in the direction of gravity due to the difference in specific mass of water and gas. The water 58 accumulates at the bottom of the vessel 58 and becomes the stored water 94. The gas discharged from the anode side gas outlet 54 includes an impurity gas such as nitrogen gas, part of which is contained in the stored water 94 and part of it is contained in the light gas separated from the water.

このようにして気液分離器58の底部には貯留水94が溜まるが、ヒータ102は、この貯留水94の中に入るように配置される。ヒータ102は、電気ヒータで、電力を供給することで発熱し、その温度が上昇するものである。そして、ヒータコントローラ104は制御装置80からの制御信号を受けて、ヒータ102のオン・オフを制御する。ヒータ102がオンされると、貯留水の温度が上昇し、水蒸気96の発生が増加するので、循環流路60に戻される軽いガス92に含まれる水分の量が増加する。ヒータ102をオフすれば、余分の水蒸気の発生を止めることができる。   In this way, the stored water 94 is collected at the bottom of the gas-liquid separator 58, but the heater 102 is disposed so as to enter the stored water 94. The heater 102 is an electric heater, and generates heat when electric power is supplied, and its temperature rises. The heater controller 104 receives a control signal from the control device 80 and controls on / off of the heater 102. When the heater 102 is turned on, the temperature of the stored water rises and the generation of water vapor 96 increases, so that the amount of moisture contained in the light gas 92 returned to the circulation channel 60 increases. If the heater 102 is turned off, generation of excess water vapor can be stopped.

貯留水94が十分でないときにヒータ102をオンすると、いわゆる空焚き状態となり、ヒータ102が過熱することが生じ得る。排水弁59は、貯留水94を希釈器64に排出する機能を有するが、その排水のタイミングは、ヒータ102が貯留水94の中に十分配置されるように、液面を監視しながら行われることが好ましい。そのために液面計を設けることができる。   If the heater 102 is turned on when the stored water 94 is not sufficient, a so-called emptying state occurs, and the heater 102 may overheat. The drain valve 59 has a function of discharging the stored water 94 to the diluter 64, but the timing of the drainage is performed while monitoring the liquid level so that the heater 102 is sufficiently disposed in the stored water 94. It is preferable. For this purpose, a liquid level gauge can be provided.

また、ヒータ102の過熱を監視するためにヒータ温度計106を設けることが好ましい。ヒータ温度計106は、ヒータ102の表面温度THを検出する機能を有するものである。ヒータ表面温度THが予め定めた温度以上となるときは、ヒータコントローラ104は、制御装置80の指令に関わらず、ヒータ102への通電をオフする機能を有する。なお、ヒータ102を、温度が高くなるに応じて抵抗値が上昇する特性(Positive Coefficient of Temperature:PCT)を有するヒータを用いることとすれば、過熱を自動的に抑制することができる。 A heater thermometer 106 is preferably provided to monitor overheating of the heater 102. Heater temperature meter 106 has a function of detecting the surface temperature T H of the heater 102. When the heater surface temperature T H is equal to or higher than a predetermined temperature, the heater controller 104 has a function of turning off the power to the heater 102 regardless of a command from the control device 80. Note that if the heater 102 is a heater having a characteristic that the resistance value increases as the temperature rises (Positive Coefficient of Temperature: PCT), overheating can be automatically suppressed.

また、気液分離器58に、貯留水94の凍結防止、あるいは貯留水94が凍結した場合にこれを溶解するためにヒータがすでに設けられている場合には、そのヒータをそのまま利用して、制御装置80の制御の下で気液分離器58の貯留水94の温度を上昇させて水蒸気96の発生を調整するために用いるものとしてもよい。また、図5で説明したヒータを、貯留水94の凍結防止、あるいは貯留水94が凍結した場合にこれを溶解するために用いるものとしてもよい。   Further, when the gas-liquid separator 58 is already provided with a heater for preventing freezing of the stored water 94 or for dissolving the stored water 94 when it freezes, use the heater as it is, It may be used for adjusting the generation of water vapor 96 by increasing the temperature of the stored water 94 of the gas-liquid separator 58 under the control of the control device 80. Further, the heater described with reference to FIG. 5 may be used for preventing the stored water 94 from being frozen or for dissolving the stored water 94 when it is frozen.

図5は、図4の構成の例について、燃料電池の高温運転のときにアノード側ガス入口に供給されるガスの露点を調整する手順を説明するフローチャートである。各手順は、燃料電池運転プログラムの高温運転サブルーティンの各処理手順に対応する。燃料電池運転プログラムが立ち上がると、まず、冷却水温度TFCの取得が行われる(S10)。この工程は、制御装置80の冷却水温度取得処理部82の機能によって実行される。具体的には、冷却水温度計36が検出したデータが制御装置80に伝送され、これが取得される。 FIG. 5 is a flowchart illustrating a procedure for adjusting the dew point of the gas supplied to the anode side gas inlet during the high temperature operation of the fuel cell in the example of the configuration of FIG. Each procedure corresponds to each processing procedure of the high temperature operation subroutine of the fuel cell operation program. Rises the fuel cell operating program, first, it obtains the coolant temperature T FC is performed (S10). This step is executed by the function of the coolant temperature acquisition processing unit 82 of the control device 80. Specifically, data detected by the cooling water thermometer 36 is transmitted to the control device 80 and acquired.

次に、取得された冷却水温度TFCと、燃料電池システム10の高温運転のために予め設定された閾値温度T0とが比較され、TFCがT0以上か否かが判断される(S12)。この工程は、制御装置80の温度比較処理部84の機能によって実行される。閾値温度T0は、図2で説明した特性図に従って、アノード側ガス入口52のガスの露点θに関わらず、セル電圧が低下し始めるときの冷却水温度TFCとすることができる。 Next, the obtained cooling water temperature T FC is compared with a threshold temperature T 0 set in advance for high temperature operation of the fuel cell system 10 to determine whether T FC is equal to or higher than T 0 ( S12). This step is executed by the function of the temperature comparison processing unit 84 of the control device 80. The threshold temperature T 0 can be set to the cooling water temperature T FC when the cell voltage starts to decrease, regardless of the dew point θ of the gas at the anode side gas inlet 52, according to the characteristic diagram described in FIG.

S12の判断が肯定され、すなわち、閾値温度T0よりも冷却水温度TFCが高いときに、燃料電池スタック14のインピーダンスZの取得が行われる。具体的には、Z測定装置66が検出したデータが制御装置80に伝送され、これが取得される。 S12 is determined a is positive, that is, when the cooling water temperature T FC is higher than the threshold temperature T 0, obtaining the impedance Z of the fuel cell stack 14 is performed. Specifically, the data detected by the Z measuring device 66 is transmitted to the control device 80 and acquired.

そして、予め定めた閾値インピーダンスZ0との比較が行われ、取得されたインピーダンスZが閾値インピーダンスZ0以上か否かが判断される(S16)。 Then, a comparison with a predetermined threshold impedance Z 0 is performed, and it is determined whether or not the acquired impedance Z is equal to or greater than the threshold impedance Z 0 (S16).

そして、S16の結果に応じて、ヒータ102のオン・オフが制御される(S18)。この制御は、ZがZ0以上であれば一律にヒータONとし(S20)、ZがZ0未満であれば一律にヒータOFFとする(S22)こととしてもよいが、ZとZ0の差に応じてオン時間を設定するものとしてもよい。 Then, on / off of the heater 102 is controlled according to the result of S16 (S18). This control, Z is the heater ON uniformly if Z 0 or higher (S20), Z is a heater OFF uniformly is less than Z 0 (S22) may be, but the difference between the Z and Z 0 The on-time may be set according to the above.

S12,S14の判断が否定のときはヒータOFFのままである。S18の処理の後は再びS10に戻り、上記の処理手順が繰り返される。このようにして、冷却水温度TFCが閾値温度T0以上となると、燃料電池スタック14のインピーダンスZが閾値インピーダンスZ0以上とならないようにヒータ102のオン・オフが制御される。これによって、セル電圧の低下を抑制しながら、燃料電池システム10の高温運転を行うことができる。 When the determinations at S12 and S14 are negative, the heater remains off. After the process of S18, the process returns to S10 again, and the above processing procedure is repeated. In this way, when the cooling water temperature T FC becomes equal to or higher than the threshold temperature T 0 , the heater 102 is turned on / off so that the impedance Z of the fuel cell stack 14 does not become equal to or higher than the threshold impedance Z 0 . As a result, the fuel cell system 10 can be operated at a high temperature while suppressing a decrease in the cell voltage.

ヒータ102のオン開始は、燃料電池スタック14を構成する単セルの電解質膜が乾燥し始めるときが好ましい。閾値温度T0、閾値インピーダンスZ0は、このことを考慮して、図2の特性図を基本として設定される。また、閾値インピーダンスZ0に基づく判断に代えて、燃料電池スタック14の電流−電圧特性について予め定めた閾値特性を用いるものとしてもよい。なお、閾値温度T0を十分適切に設定できる場合等のときには、S14,S16の工程を省略するものとできる。 The heater 102 is preferably turned on when the single-cell electrolyte membrane constituting the fuel cell stack 14 begins to dry. In consideration of this, the threshold temperature T 0 and the threshold impedance Z 0 are set based on the characteristic diagram of FIG. Further, instead of the determination based on the threshold impedance Z 0 , a threshold characteristic determined in advance for the current-voltage characteristic of the fuel cell stack 14 may be used. It should be noted that the steps S14 and S16 can be omitted when the threshold temperature T 0 can be set sufficiently appropriately.

図6に示す露点調整部110は、図5のヒータに代えて、冷却水循環流路30から分岐して再び冷却水循環流路30に戻る冷却水分岐流路112を気液分離器58の貯留水94の中を通らせて用いる例である。冷却水温度TFCは、貯留水94の温度よりは十分高いことが通常であるので、これによって貯留水94の温度を上昇させて、水蒸気96の発生を増加させることができる。 The dew point adjusting unit 110 shown in FIG. 6 replaces the heater of FIG. 5 with a cooling water branch channel 112 that branches from the cooling water circulation channel 30 and returns to the cooling water circulation channel 30 again. 94 is an example of passing through. Coolant temperature T FC, since sufficiently higher than the temperature of the stored water 94 is usually thereby raising the temperature of the stored water 94 can increase the generation of steam 96.

露点調整部110は、さらに、冷却水分岐流路112に設けられる冷却水調整弁114と、制御装置80の制御の下で冷却水調整弁114の開閉作動を調整する冷却水調整弁コントローラ118を有する。冷却水調整弁114は、冷却水分岐流路112の入口側開閉弁115と出口側開閉弁116を含んで構成される。   The dew point adjustment unit 110 further includes a cooling water adjustment valve 114 provided in the cooling water branch passage 112 and a cooling water adjustment valve controller 118 that adjusts the opening / closing operation of the cooling water adjustment valve 114 under the control of the control device 80. Have. The cooling water adjustment valve 114 includes an inlet side opening / closing valve 115 and an outlet side opening / closing valve 116 of the cooling water branch passage 112.

冷却水調整弁114の作動制御は、図5で説明したフローチャートにおいて、ヒータONを冷却水調整弁開弁、ヒータOFFを冷却水調整弁閉弁と読み替えることで、同様な手順で行われる。冷却水調整弁114の開弁と閉弁とは、入口側開閉弁と出口側開閉弁とが同期して行われる。冷却水調整弁114の開弁のときは、冷却水循環流路30を流れる冷却水115が分流して分岐冷却水117として冷却水分岐流路112を流れる。冷却水調整弁114の閉弁のときは、分岐冷却水117は流れない。   The operation control of the cooling water adjustment valve 114 is performed in the same procedure by replacing the heater ON with the cooling water adjustment valve opening and the heater OFF with the cooling water adjustment valve closing in the flowchart described in FIG. The opening and closing of the cooling water adjusting valve 114 are performed in synchronization with the inlet side opening / closing valve and the outlet side opening / closing valve. When the cooling water adjustment valve 114 is opened, the cooling water 115 flowing through the cooling water circulation passage 30 is branched and flows through the cooling water branch passage 112 as branch cooling water 117. When the cooling water adjustment valve 114 is closed, the branch cooling water 117 does not flow.

図5に関連して説明したと同様に、冷却水調整弁114の開閉は、S16においてZがZ0以上であれば一律に開弁とし、ZがZ0未満であれば一律に閉弁とすることとしてもよいが、ZとZ0の差に応じて開弁時間を設定するものとしてもよい。 As described with reference to FIG. 5, the opening and closing of the cooling water adjustment valve 114 is uniformly opened if Z is equal to or greater than Z 0 in S16, and is uniformly closed if Z is less than Z 0. it may be, but may be set the valve opening time in accordance with the difference between Z and Z 0.

なお、冷却水分岐流路112を設けずに、例えば、金属等の熱伝導体を用いて、冷却水循環流路30の熱を貯留水94に伝達できる構成としてもよい。この場合には、熱伝導体による熱の伝導・遮断機構を設け、これを制御装置80によって制御するものとすることができる。   In addition, it is good also as a structure which can transfer the heat | fever of the cooling water circulation flow path 30 to the stored water 94, for example using heat conductors, such as a metal, without providing the cooling water branch flow path 112. FIG. In this case, a heat conduction / shut-off mechanism using a heat conductor may be provided and controlled by the control device 80.

図7に示す露点調整部120は、図5のヒータ、図6の冷却水分岐流路に代えて、気液分離器58の中にバブル機構を設ける例である。バブル機構とは、貯留水94に気体の泡であるバブルを発生させるもので、このバブルが貯留水94の中を上昇する際に水分を伴うので、気液分離器58における水蒸気96の発生を増加させることができる。   The dew point adjusting unit 120 shown in FIG. 7 is an example in which a bubble mechanism is provided in the gas-liquid separator 58 instead of the heater in FIG. 5 and the cooling water branch flow path in FIG. The bubble mechanism is to generate bubbles, which are gas bubbles, in the stored water 94. Since the bubbles are accompanied with moisture when rising in the stored water 94, the generation of water vapor 96 in the gas-liquid separator 58 is prevented. Can be increased.

バブル機構としては、アノード側ガス出口54から気液分離器58に向かう排出流路56に設けられる分岐点に一方端が接続され、他方端が気液分離器58に貯留される貯留水94の中に開口するバブル用分岐流路122と、分岐点に設けられるバブル調整弁124を含んで構成することができる。バブル調整弁124は、制御装置80の制御の下でその開閉が調整される。   As the bubble mechanism, one end is connected to a branch point provided in the discharge flow path 56 from the anode side gas outlet 54 toward the gas-liquid separator 58, and the other end of the stored water 94 stored in the gas-liquid separator 58. It can be configured to include a bubble branching channel 122 opened inside and a bubble adjusting valve 124 provided at the branching point. The opening and closing of the bubble adjustment valve 124 is adjusted under the control of the control device 80.

バブル調整弁124の作動制御は、図5で説明したフローチャートにおいて、ヒータONをバブル調整弁開弁、ヒータOFFをバブル調整弁閉弁と読み替えることで、同様な手順で行われる。バブル調整弁124の開弁のときは、排出流路56を流れるガス90が分流してバブル用ガス125としてバブル用分岐流路122を流れ、貯留水94の中に開口する他方端からバブル128として放出される。バブル128は、貯留水94の中を上昇し、貯留水94の表面から水蒸気を含むガスとして、循環流路60に戻されるガス92と合流する。   The operation control of the bubble adjustment valve 124 is performed in the same procedure by replacing the heater ON as a bubble adjustment valve opening and the heater OFF as a bubble adjustment valve closing in the flowchart described in FIG. When the bubble adjusting valve 124 is opened, the gas 90 flowing through the discharge flow channel 56 is diverted to flow through the bubble branch flow channel 122 as the bubble gas 125, and the bubble 128 from the other end that opens into the stored water 94. Released as. The bubble 128 rises in the stored water 94 and merges with the gas 92 returned to the circulation flow path 60 as a gas containing water vapor from the surface of the stored water 94.

図6に関連して説明したと同様に、バブル調整弁124の開閉は、S16においてZがZ0以上であれば一律に開弁とし、ZがZ0未満であれば一律に閉弁とすることとしてもよいが、ZとZ0の差に応じて開弁時間を設定するものとしてもよい。 As described with reference to FIG. 6, the opening and closing of the bubble adjustment valve 124 is uniformly opened if Z is equal to or greater than Z 0 in S16, and is uniformly closed if Z is less than Z 0. it is also possible, but may set the valve opening time in accordance with the difference between Z and Z 0.

なお、図4、図6、図7の方法は、いずれも気液分離器の貯留水を利用し、そこからの水蒸気発生を調整するものであるので、これらの方法のいくつかを組み合わせて用いることも可能である。   In addition, since all of the methods of FIG. 4, FIG. 6, and FIG. 7 use the stored water of the gas-liquid separator and adjust the generation of water vapor therefrom, some of these methods are used in combination. It is also possible.

図8に示す露点調整部130は、気液分離器58をバイパスするバイパス流路132を設ける例を説明する図である。気液分離器58は、一種の容器であって、その温度は、アノード側ガス出口54から排出されるガスの温度に比較して低い。したがって、アノード側ガス出口54からのガスが気液分離器58に導入されるとき、そのガスに含まれる水分は、低温である気液分離器58によって凝集する。換言すれば、気液分離器58を通すことで、アノード側ガス出口54からのガスに含まれる水分が少なくなる。燃料電池システム10が高温運転されるときは、アノード側ガス出口54からのガスに含まれる水分は元々少ないので、さらに気液分離器58を通すと、ほとんど水分のないガスとなって、循環流路60に戻されることになる。   The dew point adjustment unit 130 illustrated in FIG. 8 is a diagram illustrating an example in which a bypass channel 132 that bypasses the gas-liquid separator 58 is provided. The gas-liquid separator 58 is a kind of container, and its temperature is lower than the temperature of the gas discharged from the anode side gas outlet 54. Therefore, when the gas from the anode-side gas outlet 54 is introduced into the gas-liquid separator 58, the moisture contained in the gas is aggregated by the gas-liquid separator 58 having a low temperature. In other words, the water contained in the gas from the anode-side gas outlet 54 is reduced by passing the gas-liquid separator 58. When the fuel cell system 10 is operated at a high temperature, the moisture contained in the gas from the anode side gas outlet 54 is originally low. It will be returned to the road 60.

勿論、図4、図6、図7で説明した方法で、気液分離器58貯留水94の蒸発を利用して、循環流路60に戻されるガスの湿度を増加させることができるが、燃料電池システム10が高温運転されるときは、上記のように、アノード側ガス出口54からのガスに含まれる水分は元々少なく、図8に示されるように、貯留水94が少ないことが多い。   Of course, it is possible to increase the humidity of the gas returned to the circulation flow path 60 by utilizing the evaporation of the gas-liquid separator 58 stored water 94 by the method described in FIGS. 4, 6, and 7. When the battery system 10 is operated at a high temperature, the moisture contained in the gas from the anode-side gas outlet 54 is originally low as described above, and the stored water 94 is often low as shown in FIG.

そこで、図8に示される露点調整部130は、バイパス流路132と、これを包む断熱材133と、バイパス流路132に設けられるバイパス調整弁134とを含んで構成される。なお、バイパス調整弁134は、バイパス流路132の入口側開閉弁135と出口側開閉弁136を含んで構成される。バイパス調整弁134は、制御装置80の制御の下でその開閉が調整される。   Therefore, the dew point adjusting unit 130 shown in FIG. 8 includes a bypass channel 132, a heat insulating material 133 that wraps the bypass channel 132, and a bypass adjustment valve 134 provided in the bypass channel 132. The bypass adjustment valve 134 includes an inlet-side opening / closing valve 135 and an outlet-side opening / closing valve 136 of the bypass flow path 132. The opening and closing of the bypass adjustment valve 134 is adjusted under the control of the control device 80.

断熱材133は、バイパス流路132において、アノード側ガス出口54からのガスに含まれる水分を凝集させないように、温度の低い外気からバイパス流路132を熱的に絶縁するためのものである。図8では図示を省略してあるが、バイパス調整弁134も断熱材133によって覆われることが好ましい。また、断熱材133でバイパス流路132等を覆うことに加えて、バイパス流路132の材料自体を断熱性の高いもの、例えば、樹脂材料で構成するものとすることが好ましい。このようにすることで、場合によっては、断熱材133を省略することができる。   The heat insulating material 133 is for thermally insulating the bypass flow path 132 from outside air having a low temperature so that moisture contained in the gas from the anode-side gas outlet 54 does not aggregate in the bypass flow path 132. Although not shown in FIG. 8, it is preferable that the bypass adjustment valve 134 is also covered with the heat insulating material 133. In addition to covering the bypass channel 132 and the like with the heat insulating material 133, the material of the bypass channel 132 itself is preferably made of a material having high heat insulation properties, for example, a resin material. By doing in this way, the heat insulating material 133 can be abbreviate | omitted depending on the case.

また、アノード側ガス出口54からのガスに含まれる水分の凝集を抑制する観点から、循環流路60も断熱材で保護することが好ましく、また、循環流路60の長さもできるだけ短くすることが好ましい。   Further, from the viewpoint of suppressing the aggregation of moisture contained in the gas from the anode side gas outlet 54, the circulation channel 60 is preferably protected by a heat insulating material, and the length of the circulation channel 60 is made as short as possible. preferable.

図6等に関連して説明したと同様に、バイパス調整弁134の開閉は、S16においてZがZ0以上であれば一律に開弁とし、ZがZ0未満であれば一律に閉弁とすることとしてもよいが、ZとZ0の差に応じて開弁時間を設定するものとしてもよい。 Similarly to the description with reference to FIG. 6 and the like, the opening and closing of the bypass adjusting valve 134 is uniformly opened when Z is equal to or greater than Z 0 in S16, and is uniformly closed when Z is less than Z 0. it may be, but may be set the valve opening time in accordance with the difference between Z and Z 0.

図8の構成と、図4で説明した構成とを比較すると、図8の構成によれば、ヒータの電力が不要である。また、図6、図7の構成と比較すると、図8の構成は、気液分離器58自体に余分の加工等を必要としない。このように、図8の構成によれば、従来の燃料電池システム10の構成に、バイパス流路を付加し、単なる弁の開閉制御によって、燃料電池システム10の高温運転を可能とすることができる。   Comparing the configuration of FIG. 8 with the configuration described in FIG. 4, the configuration of FIG. 8 does not require heater power. Compared with the configurations of FIGS. 6 and 7, the configuration of FIG. 8 does not require extra processing or the like in the gas-liquid separator 58 itself. As described above, according to the configuration of FIG. 8, a high-temperature operation of the fuel cell system 10 can be performed by adding a bypass flow path to the configuration of the conventional fuel cell system 10 and simply opening and closing the valve. .

上記で説明した構成においては、気液分離器58は排水弁59を有している。排水弁59は、気液分離器58に貯留される貯留水94が一定の量に達したときに開弁してこれを排出する機能を有する。貯留水94には窒素ガス等の不純物ガスも含まれるので、実際の機能としては排気排水弁ということもできる。ところで、図4、図6、図7のように、貯留水94を利用して、循環流路60に戻されるガスの湿度を増加させるものとするときは、その目的のために、ある程度の貯留水94の量が必要である。したがって、不純物ガス濃度が高まってきて、排気排水を行いたいときでも、加湿目的からの観点からは排気排水を行えないことが生じ得る。   In the configuration described above, the gas-liquid separator 58 has a drain valve 59. The drain valve 59 has a function of opening and discharging the stored water 94 stored in the gas-liquid separator 58 when the water reaches a certain amount. Since the stored water 94 also contains an impurity gas such as nitrogen gas, it can be called an exhaust / drain valve as an actual function. By the way, as shown in FIGS. 4, 6, and 7, when the humidity of the gas returned to the circulation flow path 60 is increased using the stored water 94, a certain amount of storage is performed for that purpose. An amount of water 94 is required. Accordingly, even when the impurity gas concentration is increased and exhaust drainage is desired, it may not be possible to perform exhaust drainage from the viewpoint of humidification.

図9は、気液分離器58の底部に設けられる排水弁59とは別に、気液分離器58の上部側、つまり、気体のみを排出できる位置に排気口140と、気液分離された後のガス93を外部に排気する排気弁142を設ける例を示す図である。排気弁142の開弁のタイミングと、排水弁59の開弁のタイミングとは、それぞれ独立のものとすることができる。このようにすることで、貯留水94の利用と、不純物ガスを含む気液分離後のガス93の排気とを両立させることが可能となる。   FIG. 9 shows an exhaust port 140 on the upper side of the gas-liquid separator 58, that is, a position where only gas can be discharged, separately from the drain valve 59 provided at the bottom of the gas-liquid separator 58, and after gas-liquid separation. It is a figure which shows the example which provides the exhaust valve 142 which exhausts this gas 93 outside. The timing for opening the exhaust valve 142 and the timing for opening the drain valve 59 may be independent of each other. By doing in this way, it becomes possible to make compatible the utilization of the stored water 94 and the exhaust of the gas 93 after the gas-liquid separation including the impurity gas.

なお、図9は、図4の構成に排気弁142を付加する場合を示しているが、図6、図7の構成においても同様に排気弁142を付加するものとできる。   9 shows the case where the exhaust valve 142 is added to the configuration of FIG. 4, the exhaust valve 142 can be similarly added to the configurations of FIGS.

本発明に係る燃料電池システムは、車両に搭載される燃料電池システムのほか、据え置き型燃料電池システムに利用できる。   The fuel cell system according to the present invention can be used for a stationary fuel cell system in addition to a fuel cell system mounted on a vehicle.

8 負荷、10 燃料電池システム、12 システム本体部、14 燃料電池スタック、20 酸素供給源、22 フィルタ、24 ACP、26 加湿器、28 調圧弁、30 冷却水循環流路、32 冷却水循環ポンプ、34 ラジエータ、36 冷却水温度計、40 水素ガス源、42 遮断弁、44,46 レギュレータ、48 インジェクタ、50 供給流路、52 アノード側ガス入口、54 アノード側ガス出口、56 排出流路、58 気液分離器、59 排水弁、60 循環流路、62 水素ポンプ、64 希釈器、66 Z測定装置、68 露点評価手段、70,100,110,120,130 露点調整部、80 制御装置、82 冷却水温度取得処理部、84 温度比較処理部、86 露点調整処理部、90,92,93 ガス、94 貯留水、96 水蒸気、102 ヒータ、104 ヒータコントローラ、106 ヒータ温度計、112 冷却水分岐流路、114 冷却水調整弁、115,135 入口側開閉弁、115 冷却水、116,136 出口側開閉弁、117 分岐冷却水、118 冷却水調整弁コントローラ、122 バブル用分岐流路、124 バブル調整弁、125 バブル用ガス、128 バブル、132 バイパス流路、133 断熱材、134 バイパス調整弁、140 排気口、142 排気弁。   8 Load, 10 Fuel cell system, 12 System main body, 14 Fuel cell stack, 20 Oxygen supply source, 22 Filter, 24 ACP, 26 Humidifier, 28 Pressure regulating valve, 30 Cooling water circulation channel, 32 Cooling water circulation pump, 34 Radiator 36, cooling water thermometer, 40 hydrogen gas source, 42 shutoff valve, 44, 46 regulator, 48 injector, 50 supply flow path, 52 anode side gas inlet, 54 anode side gas outlet, 56 discharge flow path, 58 gas-liquid separation 59, drain valve, 60 circulation flow path, 62 hydrogen pump, 64 diluter, 66 Z measuring device, 68 dew point evaluation means, 70, 100, 110, 120, 130 dew point adjustment unit, 80 control device, 82 cooling water temperature Acquisition processing unit, 84 temperature comparison processing unit, 86 dew point adjustment processing unit, 90, 92, 93 gas, 94 storage Distilled water, 96 water vapor, 102 heater, 104 heater controller, 106 heater thermometer, 112 cooling water branch flow path, 114 cooling water adjustment valve, 115, 135 inlet side opening / closing valve, 115 cooling water, 116, 136 outlet side opening / closing valve 117 branch cooling water, 118 cooling water adjustment valve controller, 122 bubble branch flow path, 124 bubble adjustment valve, 125 bubble gas, 128 bubble, 132 bypass flow path, 133 heat insulating material, 134 bypass adjustment valve, 140 exhaust port 142 Exhaust valve.

Claims (10)

燃料電池のアノード側ガス入口に燃料ガスを供給する供給流路と、
燃料電池のアノード側ガス出口から使用済みガスを排出する排出流路と、
排出流路と供給流路との間を接続して設けられる循環流路と、
排出流路と循環流路との分岐点と、アノード側ガス出口との間に設けられ、使用済みガスから水分を分離し、分離後のガスを循環流路に戻す気液分離器と、
燃料電池用の冷却水の温度を検出する温度検出部と、
気液分離器に設けられ、使用済みガスの湿度を高めて循環流路に戻し、あるいは使用済みガスの水分を分離せずにそのまま循環流路に戻して、アノード側ガス入口に供給されるガスの露点を調整する露点調整部と、
燃料電池の効率的運転条件の上限に近くに設定される高温運転条件で運転する際に予め設定される燃料電池用の冷却水の閾値温度と、温度検出部によって取得された冷却水温度とを比較し、閾値温度と冷却水温度との差に応じて、露点調整部の作動を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
A supply flow path for supplying fuel gas to the anode side gas inlet of the fuel cell;
A discharge passage for discharging spent gas from the anode side gas outlet of the fuel cell;
A circulation channel provided by connecting between the discharge channel and the supply channel;
A gas-liquid separator that is provided between the branch point of the discharge channel and the circulation channel and the anode side gas outlet, separates moisture from the used gas, and returns the separated gas to the circulation channel;
A temperature detector for detecting the temperature of the cooling water for the fuel cell;
A gas that is provided in the gas-liquid separator and increases the humidity of the used gas to return to the circulation channel, or returns to the circulation channel without separating the moisture of the used gas, and is supplied to the anode side gas inlet A dew point adjustment unit for adjusting the dew point of
The threshold temperature of the cooling water for the fuel cell set in advance when operating under the high temperature operating condition set close to the upper limit of the efficient operating condition of the fuel cell, and the cooling water temperature acquired by the temperature detector A control unit that controls the operation of the dew point adjustment unit according to the difference between the threshold temperature and the cooling water temperature;
A fuel cell system comprising:
請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、
露点調整部は、気液分離器に設けられるヒータを含み、
制御部は、閾値温度と冷却水温度との差に応じてヒータの作動を制御し、気液分離器に貯留される貯留水の温度を調整することを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1, wherein
The dew point adjustment unit includes a heater provided in the gas-liquid separator,
The control unit controls the operation of the heater in accordance with a difference between the threshold temperature and the cooling water temperature, and adjusts the temperature of the stored water stored in the gas-liquid separator.
請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、
露点調整部は、
燃料電池の冷却水循環流路から分岐して気液分離器に貯留される貯留水の中を通り再び冷却水循環路に戻る冷却水分岐流路と、
冷却水分岐流路に設けられる冷却水調整弁とを含み、
制御部は、閾値温度と冷却水温度との差に応じて冷却水調整弁の作動を制御し、冷却水分岐流路を流れる分岐冷却水の量を調整することを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1, wherein
The dew point adjuster
A cooling water branch passage branched from the cooling water circulation passage of the fuel cell, passing through the stored water stored in the gas-liquid separator, and returning to the cooling water circulation passage again;
A cooling water adjustment valve provided in the cooling water branch flow path,
The control unit controls the operation of the cooling water adjustment valve according to a difference between the threshold temperature and the cooling water temperature, and adjusts the amount of the branch cooling water flowing through the cooling water branch flow path.
請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、
露点調整部は、
アノード側ガス出口から気液分離器に向かう排出流路に設けられる分岐点に一方端が接続され、他方端が気液分離器に貯留される貯留水の中に開口する分岐管路であって、その中に使用済みガスが流れるときに、貯留水をバブルしながら排出流路に使用済みガスを戻すことができるバブル用分岐流路と、
分岐点に設けられるバブル調整弁とを含み、
制御部は、閾値温度と冷却水温度との差に応じてバブル調整弁の作動を制御し、バブル分岐流路を流れる使用済みガスの量を調整することを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1, wherein
The dew point adjuster
A branch pipe having one end connected to a branch point provided in the discharge flow path from the anode side gas outlet to the gas-liquid separator and having the other end opened into the stored water stored in the gas-liquid separator, A branch flow path for bubbles that can return the used gas to the discharge flow path while bubbling the stored water when the used gas flows therein;
Including a bubble adjustment valve provided at a branch point,
The control unit controls the operation of the bubble adjustment valve according to the difference between the threshold temperature and the cooling water temperature, and adjusts the amount of used gas flowing through the bubble branch flow path.
請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、
露点調整部は、
アノード側ガス出口から気液分離器を介さずに循環流路に使用済みガスを流すことができるバイパス流路と、
バイパス流路に設けられるバイパス調整弁とを含み、
制御部は、閾値温度と冷却水温度との差に応じてバイパス調整弁の作動を制御し、アノード側ガス出口側からバイパス流路を流れる使用済みガスの量を調整することを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1, wherein
The dew point adjuster
A bypass flow path that allows the used gas to flow from the anode side gas outlet to the circulation flow path without going through the gas-liquid separator;
Including a bypass adjustment valve provided in the bypass flow path,
The control unit controls the operation of the bypass adjustment valve in accordance with the difference between the threshold temperature and the coolant temperature, and adjusts the amount of used gas flowing through the bypass flow path from the anode side gas outlet side. Battery system.
請求項2から4のいずれか1に記載の燃料電池システムにおいて、
気液分離器は、
気液分離され気液分離器に貯留される水を外部に排水する排水弁と、
排水弁とは別に設けられ、気液分離された気液分離器の中の分離後ガスを外部に排気する排気弁と、
を有することを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 2 to 4,
The gas-liquid separator
A drain valve for draining water stored in the gas-liquid separator after being separated into gas and liquid;
An exhaust valve that is provided separately from the drain valve and exhausts the separated gas in the gas-liquid separator separated into gas and liquid;
A fuel cell system comprising:
請求項1から6のいずれか1に記載の燃料電池システムにおいて、
燃料電池のインピーダンスを検出するインピーダンス検出部を備え、
制御部は、
温度検出部によって閾値温度よりも冷却水温度が高いときに、燃料電池のインピーダンスについて予め定めた閾値インピーダンスと比較し、閾値インピーダンスとインピーダンス検出部によって取得されたインピーダンスと閾値インピーダンスとの差に応じて、露点調整部の作動を制御することを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6,
It has an impedance detector that detects the impedance of the fuel cell,
The control unit
When the coolant temperature is higher than the threshold temperature by the temperature detector, the impedance of the fuel cell is compared with a predetermined threshold impedance, and according to the difference between the threshold impedance and the impedance acquired by the impedance detector and the threshold impedance A fuel cell system for controlling the operation of the dew point adjustment unit.
請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、
ヒータは、温度が高くなるに応じて抵抗値が上昇する特性を有するヒータであることを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 2, wherein
The fuel cell system, wherein the heater is a heater having a characteristic that a resistance value increases with an increase in temperature.
請求項5に記載の燃料電池システムにおいて、
バイパス流路は、外周に設けられ、外部から断熱される断熱材を有することを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 5, wherein
The bypass channel is provided on the outer periphery, and has a heat insulating material that is thermally insulated from the outside.
請求項5に記載の燃料電池システムにおいて、
バイパス流路は、断熱性の高い材料で構成されることを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 5, wherein
A fuel cell system, wherein the bypass channel is made of a highly heat-insulating material.
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