JP2012004032A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、固体高分子電解質膜型燃料電池を備える燃料電池システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell system including a solid polymer electrolyte membrane fuel cell.
固体高分子電解質膜を有し、アノードに水素（燃料）が供給され、カソードに酸素（酸化剤）を含む空気が供給されて発電をする燃料電池では、燃料電池の起動時に、早期に安定した発電を行うことができるようにするため、発電を行う前に、燃料流路内に水素を供給して、燃料供給路内の溜まっていたガスや水を押し出して排出し、燃料流路内を水素で置換するガス置換（ＯＣＶパージということもある）を行うことが知られている（例えば、特許文献１参照）。従来のＯＣＶパージは、一定時間あるいは一定流量だけ水素を流して終了としており、このＯＣＶパージ終了後、発電を開始する。 In a fuel cell that has a solid polymer electrolyte membrane, hydrogen (fuel) is supplied to the anode, and air containing oxygen (oxidant) is supplied to the cathode to generate electricity, the fuel cell is stabilized at an early stage when the fuel cell starts up Before power generation can be performed, hydrogen is supplied into the fuel flow path, and gas and water accumulated in the fuel supply path are pushed out and discharged before the power generation is performed. It is known to perform gas replacement (sometimes referred to as OCV purge) for replacement with hydrogen (see, for example, Patent Document 1). The conventional OCV purge is terminated by flowing hydrogen for a certain period of time or at a certain flow rate. After this OCV purge is completed, power generation is started.
しかしながら、従来のような画一的にＯＣＶパージを行うだけでは、燃料電池システムの個々の状況に対応できていないため、ＯＣＶパージによる排出量が不十分となり、燃料流路や燃料電池のアノードにおける水素濃度を所望する濃度まで高めることができない場合がある。 However, simply performing the OCV purge as in the conventional case does not correspond to the individual circumstances of the fuel cell system, so the amount of discharge by the OCV purge becomes insufficient, and the fuel flow path and the anode of the fuel cell In some cases, the hydrogen concentration cannot be increased to a desired concentration.
ＯＣＶパージによる排出量が不十分となる原因は種々考えられるが、その一つにＯＣＶパージによる排出量の制限がある。１回のＯＣＶパージで排出できる水素の排出量の上限は、この水素を希釈して大気に排出する希釈器の容量によって決まってしまい、この上限を越えて排出することはできない。一方、例えば燃料電池車両に搭載される燃料電池システムでは、搭載スペースが限られるため前記希釈器に対する小型化の要求が大きく、そのため希釈器の容量は益々減少傾向にあり、これに伴ってＯＣＶパージの排出量の上限値も益々減少傾向にある。 There are various reasons why the discharge amount due to the OCV purge is insufficient. One of the reasons is a limitation on the discharge amount due to the OCV purge. The upper limit of the amount of hydrogen that can be discharged by one OCV purge is determined by the capacity of the diluter that dilutes this hydrogen and discharges it to the atmosphere, and cannot be discharged beyond this upper limit. On the other hand, in a fuel cell system mounted on a fuel cell vehicle, for example, the mounting space is limited, and thus there is a great demand for downsizing the diluter. For this reason, the capacity of the diluter is gradually decreasing. The upper limit of emissions is also decreasing.
また、燃料電池の停止中には、固体高分子電解質膜型を介してアノードからカソードへ、カソードからアノードへガスの透過（クロスオーバー）があり、ＯＣＶパージの目的の一つとして、カソードからアノードに透過してきた不純ガスの排出がある。しかしながら、このカソードからアノードへの不純ガスのクロスオーバー量は、固体高分子電解質膜の湿潤状態、燃料電池の停止期間、停止期間中の外気温度、停止時にアノードを空気で置換する掃気処理の有無等の条件によって異なるため、ＯＣＶパージの実施直前のアノードのガス状態（不純ガスのクロスオーバー量）は一様でない。そのため、アノード内に不純ガスが多い場合には、従来のＯＣＶパージによる排出量では不足し、アノードの水素濃度が所望する濃度まで高めることができない場合がある。 Further, when the fuel cell is stopped, there is gas permeation (crossover) from the anode to the cathode and from the cathode to the anode through the solid polymer electrolyte membrane mold. As one of the purposes of the OCV purge, the cathode to the anode There is an emission of impure gas that has permeated through. However, the amount of impure gas crossover from the cathode to the anode depends on the wet state of the solid polymer electrolyte membrane, the fuel cell stop period, the outside air temperature during the stop period, and the presence or absence of a scavenging process that replaces the anode with air when stopped Therefore, the anode gas state (impurity gas crossover amount) immediately before the OCV purge is not uniform. For this reason, when there is a large amount of impure gas in the anode, the exhaust amount by the conventional OCV purge is insufficient, and the hydrogen concentration of the anode may not be increased to a desired concentration.
また、ＯＣＶパージにおいてガスの排出は排出弁を開いて行うが、この排出弁が水で詰まっていたり、開度不良など故障していた場合も、ＯＣＶパージの排出量不足が生じる。 Further, in the OCV purge, the gas is discharged by opening the discharge valve. However, if the discharge valve is clogged with water or has a malfunction such as an opening failure, the OCV purge is not discharged enough.
このように、ＯＣＶパージの排出量不足により、アノードの水素濃度不足（置換不足）が生じると、その後の発電運転（暖機運転を含む）に移行したときに、アノードに酸素が存在することにより固体高分子電解質膜の劣化が起こり易くなったり、発電が不安定になり易いという課題がある。 Thus, if the anode hydrogen concentration is insufficient (substitution is insufficient) due to insufficient OCV purge discharge, oxygen is present in the anode when the power generation operation (including warm-up operation) is started. There is a problem that the solid polymer electrolyte membrane is likely to be deteriorated and power generation is likely to be unstable.
また、ＯＣＶパージの排出量不足によりアノードが水素濃度不足の状態であるにも関わらず、発電運転に移行し高負荷の発電を行うと、益々アノードが水素不足となってアノード電位が急激に上昇し、その結果、燃料電池は電圧低下を引き起こし、不安定な発電状態が長引いてしまう虞がある。 In addition, even when the anode is in a state of insufficient hydrogen concentration due to insufficient discharge of OCV purge, when the operation shifts to power generation and high load power generation is performed, the anode becomes insufficient in hydrogen and the anode potential rises rapidly. As a result, the fuel cell may cause a voltage drop and the unstable power generation state may be prolonged.
そこで、この発明は、燃料電池起動時における燃料流路のガス置換の適正化を図り、固体高分子電解質膜の劣化防止および発電の安定性を確保することができる燃料電池システム提供するものである。 Accordingly, the present invention provides a fuel cell system capable of optimizing the gas replacement of the fuel flow path when starting the fuel cell, preventing the deterioration of the solid polymer electrolyte membrane, and ensuring the stability of power generation. .
この発明に係る燃料電池システムでは、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、固体高分子電解質膜を有しアノードに燃料をカソードに酸化剤を供給されて発電をする燃料電池（例えば、後述する実施例における燃料電池１）と、前記燃料電池に燃料を供給する燃料流路（例えば、後述する実施例における燃料供給流路１７とアノードオフガス流路１８）と、前記燃料流路内の流体を新たな燃料により置き換える燃料流路ガス置換手段（例えば、後述する実施例における遮断弁２０、パージ弁２１）と、前記燃料電池の前記アノードの電位を計測するアノード電位計測手段（例えば、後述する実施例における参照電極１４）と、前記燃料流路ガス置換手段を制御する制御部（例えば、後述する実施例における制御装置３０）と、を備え、前記制御部は、前記燃料電池の起動時に、前記燃料流路ガス置換手段により前記燃料流路の初回のガス置換を行った後、前記アノード電位計測手段によって前記アノードの電位を計測し、このアノード電位の計測値が閾値以上の場合に、予め定められたアノード電位とガス置換量との関係に基づいて前記計測値に応じたガス置換量を求め、求められたガス置換量で前記燃料流路のガス置換を再度実施するように前記燃料流路ガス置換手段を制御することを特徴とする燃料電池システムである。
The fuel cell system according to the present invention employs the following means in order to solve the above problems.
The invention according to
請求項２に係る発明は、固体高分子電解質膜を有しアノードに燃料をカソードに酸化剤を供給されて発電をする燃料電池（例えば、後述する実施例における燃料電池１）と、前記燃料電池に燃料を供給する燃料流路（例えば、後述する実施例における燃料供給流路１７とアノードオフガス流路１８）と、前記燃料流路内の流体を新たな燃料により置き換える燃料流路ガス置換手段（例えば、後述する実施例における遮断弁２０、パージ弁２１）と、前記燃料電池から排出された燃料の濃度を確認する燃料濃度確認手段（例えば、後述する実施例における水素センサ２４）と、前記燃料流路ガス置換手段を制御する制御部（例えば、後述する実施例における制御装置３０）と、を備え、前記制御部は、前記燃料電池の起動時に、前記燃料流路ガス置換手段により前記燃料流路の初回のガス置換を行った後、前記燃料濃度確認手段によって前記燃料電池から排出される燃料の濃度を確認し、確認された燃料濃度値が閾値以下の場合に、予め定められた燃料濃度とガス置換量との関係に基づいて前記燃料濃度値に応じたガス置換量を求め、求められたガス置換量で前記燃料流路のガス置換を再度実施するように前記燃料流路ガス置換手段を制御することを特徴とする燃料電池システムである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a fuel cell (for example, a
請求項３に係る発明は、固体高分子電解質膜を有しアノードに燃料をカソードに酸化剤を供給されて発電をする燃料電池（例えば、後述する実施例における燃料電池１）と、前記燃料電池に燃料を供給する燃料流路（例えば、後述する実施例における燃料供給流路１７）と、前記燃料流路内の流体を新たな燃料により置き換える燃料流路ガス置換手段（例えば、後述する実施例における遮断弁２０、パージ弁２１）と、前記燃料電池から排出された燃料を前記燃料流路に合流させる燃料循環路（例えば、後述する実施例におけるアノードオフガス流路１８）と、前記燃料循環路または前記燃料流路であって前記燃料循環路との合流箇所より下流側における燃料の濃度を確認する燃料濃度確認手段（例えば、後述する実施例における水素センサ２８）と、前記燃料流路ガス置換手段を制御する制御部（例えば、後述する実施例における制御装置３０）と、を備え、前記制御部は、前記燃料電池の起動時に、前記燃料流路ガス置換手段により前記燃料流路の初回のガス置換を行った後、前記燃料濃度確認手段によって前記燃料の濃度を確認し、確認された燃料濃度値が閾値以下の場合に、予め定められた燃料濃度とガス置換量との関係に基づいて前記燃料濃度値に応じたガス置換量を求め、求められたガス置換量で前記燃料流路のガス置換を再度実施するように前記燃料流路ガス置換手段を制御することを特徴とする燃料電池システムである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a fuel cell (for example, a
請求項４に係る発明は、固体高分子電解質膜を有しアノードに燃料をカソードに酸化剤を供給されて発電をする燃料電池（例えば、後述する実施例における燃料電池１）と、前記燃料電池に燃料を供給する燃料流路（例えば、後述する実施例における燃料供給流路１７とアノードオフガス流路１８）と、前記燃料流路内の流体を新たな燃料により置き換える燃料流路ガス置換手段（例えば、後述する実施例における遮断弁２０、パージ弁２１）と、前記燃料電池の電圧を計測する電圧計測手段（例えば、後述する実施例における電圧センサ２５）と、前記燃料流路ガス置換手段を制御する制御部（例えば、後述する実施例における制御装置３０）と、を備え、前記制御部は、前記燃料電池の起動時に、前記燃料流路ガス置換手段により前記燃料流路の初回のガス置換を行った後、前記電圧計測手段によって前記燃料電池の電圧を計測し、この電圧の計測値が閾値以下の場合に、予め定められた電圧とガス置換量との関係に基づいて前記計測値に応じたガス置換量を求め、求められたガス置換量で前記燃料流路のガス置換を再度実施するように前記燃料流路ガス置換手段を制御することを特徴とする燃料電池システムである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell (for example, a
請求項５に係る発明は、固体高分子電解質膜を有しアノードに燃料をカソードに酸化剤を供給されて発電をする燃料電池（例えば、後述する実施例における燃料電池１）と、前記燃料電池に燃料を供給する燃料流路（例えば、後述する実施例における燃料供給流路１７とアノードオフガス流路１８）と、前記燃料流路内の流体を新たな燃料により置き換える燃料流路ガス置換手段（例えば、後述する実施例における遮断弁２０、パージ弁２１）と、前記燃料電池への燃料供給量を計測する燃料供給量計測手段（例えば、後述する実施例における水素フローメータ２６）と、前記燃料流路ガス置換手段を制御する制御部（例えば、後述する実施例における制御装置３０）と、を備え、前記制御部は、前記燃料電池の起動時に、前記燃料流路ガス置換手段により前記燃料流路の初回のガス置換を行い、この初回のガス置換の開始から終了までに前記燃料流路に供給された燃料供給量を前記燃料供給量計測手段によって計測し、この燃料供給量の計測値と設定ガス供給量との割合が閾値以下の場合に、予め定められた前記割合とガス置換量との関係に基づいて前記割合に応じたガス置換量を求め、求められたガス置換量で前記燃料流路のガス置換を再度実施するように前記燃料流路ガス置換手段を制御することを特徴とする燃料電池システムである。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell (for example, a
請求項６に係る発明は、固体高分子電解質膜を有しアノードに燃料をカソードに酸化剤を供給されて発電をする燃料電池（例えば、後述する実施例における燃料電池１）と、前記燃料電池に燃料を循環しつつ供給する燃料流路（例えば、後述する実施例における燃料供給流路１７とアノードオフガス流路１８）と、前記燃料流路内の流体を新たな燃料により置き換える燃料流路ガス置換手段（例えば、後述する実施例における遮断弁２０、パージ弁２１）と、前記燃料電池の燃料入口圧力と燃料出口圧力との圧力差を計測する燃料差圧計測手段（例えば、後述する実施例における差圧センサ２７）と、前記燃料流路ガス置換手段を制御する制御部（例えば、後述する実施例における制御装置３０）と、を備え、前記制御部は、前記燃料電池の起動時に、前記燃料流路ガス置換手段により前記燃料流路の初回のガス置換を行い、この初回のガス置換終了時における前記燃料入口圧力と燃料出口圧力との圧力差を前記燃料差圧計測手段によって計測し、この圧力差の計測値が閾値以上の場合に、予め定められた圧力差とガス置換量との関係に基づいて前記計測値に応じたガス置換量を求め、求められたガス置換量で前記燃料流路のガス置換を再度実施するように前記燃料流路ガス置換手段を制御することを特徴とする燃料電池システムである。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell (for example, a
請求項７に係る発明は、固体高分子電解質膜を有しアノードに燃料をカソードに酸化剤を供給されて発電をする燃料電池（例えば、後述する実施例における燃料電池１）と、前記燃料電池に燃料を循環しつつ供給する燃料流路（例えば、後述する実施例における燃料供給流路１７とアノードオフガス流路１８）と、前記燃料流路内の流体を新たな燃料により置き換える燃料流路ガス置換手段（例えば、後述する実施例における遮断弁２０、パージ弁２１）と、前記燃料流路上に配置された燃料ポンプ（例えば、後述する実施例における水素ポンプ３２）と、前記燃料ポンプの消費電力を計測するポンプ消費電力計測手段（例えば、後述する実施例における消費電力計測手段３３）と、前記燃料流路ガス置換手段を制御する制御部（例えば、後述する実施例における制御装置３０）と、を備え、前記制御部は、前記燃料電池の起動時に、前記燃料流路ガス置換手段により前記燃料流路の初回のガス置換を行い、この初回のガス置換の開始から終了までの前記燃料ポンプの消費電力を前記ポンプ消費電力計測手段によって計測し、この消費電力の計測値が閾値以上の場合に、予め定められた消費電力量とガス置換量との関係に基づいて前記計測値に応じたガス置換量を求め、求められたガス置換量で前記燃料流路のガス置換を再度実施するように前記燃料流路ガス置換手段を制御することを特徴とする燃料電池システムである。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a fuel cell (for example, a
請求項１に係る発明によれば、初回のガス置換後のアノードの電位に基づいて燃料流路のガス置換が十分に行われたか否かを判定することができ、アノード電位の計測値が閾値以上の場合にはガス置換が不足していると判定して、アノード電位の計測値に応じたガス置換量で燃料流路のガス置換を再度実施するので、燃料流路のガス置換を適正に行うことができ、その結果、燃料電池の固体高分子電解質膜の劣化を防止することができ、発電運転に移行したときに安定した発電を行うことができる。 According to the first aspect of the present invention, it is possible to determine whether or not the gas replacement of the fuel flow path has been sufficiently performed based on the anode potential after the first gas replacement, and the measured value of the anode potential is the threshold value. In the above case, it is determined that the gas replacement is insufficient, and the gas replacement of the fuel flow path is performed again with the gas replacement amount corresponding to the measured value of the anode potential. As a result, deterioration of the solid polymer electrolyte membrane of the fuel cell can be prevented, and stable power generation can be performed when shifting to power generation operation.
請求項２に係る発明によれば、初回のガス置換後に燃料電池から排出される燃料の濃度に基づいて燃料流路のガス置換が十分に行われたか否かを判定することができ、確認された燃料濃度値が閾値以下の場合にはガス置換が不足していると判定して、燃料濃度値に応じたガス置換量で燃料流路のガス置換を再度実施するので、燃料流路のガス置換を適正に行うことができ、その結果、燃料電池の固体高分子電解質膜の劣化を防止することができ、発電運転に移行したときに安定した発電を行うことができる。 According to the invention of claim 2, it is possible to determine whether or not the gas replacement of the fuel flow path has been sufficiently performed based on the concentration of the fuel discharged from the fuel cell after the first gas replacement. If the fuel concentration value is less than or equal to the threshold value, it is determined that the gas replacement is insufficient, and the gas replacement of the fuel flow path is performed again with the gas replacement amount corresponding to the fuel concentration value. As a result, the solid polymer electrolyte membrane of the fuel cell can be prevented from being deteriorated, and stable power generation can be performed when shifting to the power generation operation.
請求項３に係る発明によれば、初回のガス置換後に燃料電池から排出され循環する燃料の計測濃度に基づいて、燃料流路のガス置換が十分に行われたか否かをより精度よく判定することができる。そして、確認された燃料濃度値が閾値以下の場合にはガス置換が不足していると判定して、燃料濃度値に応じたガス置換量で燃料流路のガス置換を再度実施するので、燃料流路のガス置換を適正に行うことができる。よって、燃料電池の固体高分子電解質膜の劣化防止および発電の安定性を確実に確保することができる。 According to the invention of claim 3, it is more accurately determined whether or not the gas replacement of the fuel flow path has been sufficiently performed based on the measured concentration of the fuel discharged from the fuel cell and circulated after the first gas replacement. be able to. If the confirmed fuel concentration value is less than or equal to the threshold value, it is determined that the gas replacement is insufficient, and the gas replacement of the fuel flow path is performed again with the gas replacement amount corresponding to the fuel concentration value. The gas replacement of the flow path can be performed appropriately. Therefore, it is possible to reliably ensure the prevention of deterioration of the solid polymer electrolyte membrane of the fuel cell and the stability of power generation.
請求項４に係る発明によれば、初回のガス置換後の燃料電池の電圧に基づいて燃料流路のガス置換が十分に行われたか否かを判定することができ、電圧の計測値が閾値以下の場合にはガス置換が不足していると判定して、前記電圧の計測値に応じたガス置換量で燃料流路のガス置換を再度実施するので、燃料流路のガス置換を適正に行うことができ、その結果、燃料電池の固体高分子電解質膜の劣化を防止することができ、発電運転に移行したときに安定した発電を行うことができる。 According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to determine whether or not the gas replacement of the fuel flow path has been sufficiently performed based on the voltage of the fuel cell after the first gas replacement, and the measured value of the voltage is a threshold value. In the following cases, it is determined that the gas replacement is insufficient, and the gas replacement of the fuel flow path is performed again with the gas replacement amount corresponding to the measured value of the voltage. As a result, deterioration of the solid polymer electrolyte membrane of the fuel cell can be prevented, and stable power generation can be performed when shifting to power generation operation.
請求項５に係る発明によれば、初回のガス置換の開始から終了までに燃料流路に供給された実測の燃料供給量と設定ガス供給量との割合に基づいて燃料流路のガス置換が十分に行われたか否かを判定することができ、前記割合が閾値以下の場合にはガス置換が不足していると判定して、前記割合に応じたガス置換量で燃料流路のガス置換を再度実施するので、燃料流路のガス置換を適正に行うことができ、その結果、燃料電池の固体高分子電解質膜の劣化を防止することができ、発電運転に移行したときに安定した発電を行うことができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the gas replacement of the fuel flow path is performed based on the ratio between the actual fuel supply amount supplied to the fuel flow path and the set gas supply amount from the start to the end of the first gas replacement. It is possible to determine whether or not it has been sufficiently performed. When the ratio is equal to or less than the threshold value, it is determined that the gas replacement is insufficient, and the gas replacement of the fuel flow path is performed with the gas replacement amount corresponding to the ratio. As a result, it is possible to properly replace the gas in the fuel flow path, and as a result, it is possible to prevent deterioration of the solid polymer electrolyte membrane of the fuel cell, and stable power generation when shifting to power generation operation. It can be performed.
請求項６に係る発明によれば、初回のガス置換終了時における燃料入口圧力と燃料出口圧力との圧力差に基づいて燃料流路のガス置換が十分に行われたか否かを判定することができ、前記圧力差の計測値が閾値以上の場合にはガス置換が不足していると判定して、前記圧力差の計測値に応じたガス置換量で燃料流路のガス置換を再度実施するので、燃料流路のガス置換を適正に行うことができ、その結果、燃料電池の固体高分子電解質膜の劣化を防止することができ、発電運転に移行したときに安定した発電を行うことができる。 According to the sixth aspect of the invention, it is possible to determine whether or not the gas replacement of the fuel flow path has been sufficiently performed based on the pressure difference between the fuel inlet pressure and the fuel outlet pressure at the end of the first gas replacement. If the measured value of the pressure difference is equal to or greater than the threshold value, it is determined that the gas replacement is insufficient, and the gas replacement of the fuel flow path is performed again with the gas replacement amount corresponding to the measured value of the pressure difference. Therefore, it is possible to appropriately perform gas replacement in the fuel flow path, and as a result, it is possible to prevent deterioration of the solid polymer electrolyte membrane of the fuel cell and to perform stable power generation when shifting to power generation operation. it can.
請求項７に係る発明によれば、初回のガス置換の開始から終了までの燃料ポンプの消費電力に基づいて燃料流路のガス置換が十分に行われたか否かを判定することができ、前記消費電力の計測値が閾値以上の場合にはガス置換が不足していると判定して、前記消費電力の計測値に応じたガス置換量で燃料流路のガス置換を再度実施するので、燃料流路のガス置換を適正に行うことができ、その結果、燃料電池の固体高分子電解質膜の劣化を防止することができ、発電運転に移行したときに安定した発電を行うことができる。
According to the invention of
以下、この発明に係る燃料電池システムの実施例を図１から図１８の図面を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施例における燃料電池システムは、燃料電池車両に搭載された態様である。 Embodiments of a fuel cell system according to the present invention will be described below with reference to the drawings of FIGS. In addition, the fuel cell system in each Example demonstrated below is the aspect mounted in the fuel cell vehicle.
初めに、この発明に係る燃料電池システムの実施例１を図１から図３の図面を参照して説明する。
図１は、実施例１における燃料電池システムの概略構成図である。
燃料電池１は、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込んで形成されたセルを複数積層して構成されており、アノード側の燃料流通路５に燃料として水素を供給し、カソード側の酸化剤流通路６に酸化剤として酸素を含む空気を供給すると、アノード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通過してカソードまで移動して、カソードで酸素と電気化学反応を起こして発電し、水が生成される。カソード側で生じた生成水の一部は固体高分子電解質膜を透過してアノード側に逆拡散するため、アノード側にも生成水が存在する。
空気はスーパーチャージャーなどのコンプレッサ７により所定圧力に加圧され、空気供給流路８を通って燃料電池１の酸化剤流通路６に供給される。燃料電池１に供給された空気は発電に供された後、燃料電池１からカソード側の生成水と共に空気排出流路９に排出され、圧力制御弁１０を介して希釈器１１へ排出される。
First,
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment.
The
The air is pressurized to a predetermined pressure by a
一方、水素タンク１５から供給される水素は燃料供給流路１７を介して燃料電池１の燃料流通路５に供給される。燃料供給流路１７には、上流側から順に、遮断弁２０、レギュレータ１６、エゼクタ１９が設けられており、水素タンク１５から供給された水素はレギュレータ１６によって所定圧力に減圧されて燃料電池１の燃料流通路５に供給される。そして、消費されなかった未反応の水素は、燃料電池１からアノードオフガスとして排出され、アノードオフガス流路（燃料循環路）１８を通ってエゼクタ１９に吸引され、水素タンク１５から供給される新鮮な水素と合流し再び燃料電池１の燃料流通路５に供給される。すなわち、燃料電池１から排出されるアノードオフガスは、アノードオフガス流路１８、およびエゼクタ１９よりも下流の燃料供給流路１７を通って、燃料電池１を循環する。
On the other hand, hydrogen supplied from the
アノードオフガス流路１８には、アノードオフガスに含まれる凝縮水を捕集するキャッチタンク１２が設けられており、エゼクタ１９には凝縮水を除去された水素が供給されるようになっている。キャッチタンク１２は排水弁１３を有し、キャッチタンク１２に所定量の水が溜まると排水弁１３が開いて排水するようになっている。
The anode off
また、キャッチタンク１２よりも下流のアノードオフガス流路１８からは、パージ弁２１を備えたパージ流路２２が分岐し、パージ流路２２は希釈器１１に接続されている。パージ弁２１は燃料電池１の発電時においては通常は閉じており、所定の条件が満たされたときに開いてアノードオフガスを希釈器１１へ排出する。また、パージ弁２１は、燃料電池システムの起動時に、燃料供給流路１７、アノードオフガス流路１８、および燃料電池１の燃料流通路５内の流体を新たな水素に置き換える、いわゆるＯＣＶパージを行うときに開かれて、ガス置換を行う。
また、キャッチタンク１２の排水弁１３から排水された水もパージ流路２２を介して希釈器１１に排出される。
A
Further, water drained from the
そして、希釈器１１において、アノードオフガスは圧力制御弁１０から排出される空気によって希釈され、希釈されたガスが希釈器１１から排気管２３を介して大気に排出される。排気管２３には、排出されるガスの水素濃度を計測する水素センサ２４が設けられている。
燃料電池１のセルには参照電極（アノード電位計測手段）１４が接続されている。参照電極１４は、水素を参照電位（０Ｖ）として、参照電位に対するアノードの電位（以下、アノード電位という）を計測するものである。なお、参照電極としては例えば、ＤＨＥ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）を用いることができる。参照電極１４は、予め設定された代表的な１つのセルに設置してもよいし、あるいは、所定のセル積層数毎にブロック分けし、各ブロック毎に設定した代表セルにそれぞれ設置してもよい。参照電極１４は計測したアノード電位を制御装置（制御部）３０に出力する。
In the
A reference electrode (anode potential measuring means) 14 is connected to the cell of the
制御装置３０は、イグニッションスイッチ３１から入力したＯＮ／ＯＦＦ信号に基づいて燃料電池システムの起動・停止を制御し、燃料電池１の出力制御等、制御内容に応じて、コンプレッサ７、圧力制御弁１０、遮断弁２０、パージ弁２１等の作動を制御する。
この実施例１において、燃料供給流路１７とアノードオフガス流路１８は、燃料電池１に燃料（水素）を供給する燃料流路を構成し、遮断弁２０とパージ弁２１は燃料流路内の流体を新たな燃料に置き換える燃料流路ガス置換手段を構成する。
The
In the first embodiment, the
このように構成された実施例１の燃料電池システムでは、燃料電池システムの起動時に、燃料電池１で発電を行う前にＯＣＶパージを行い、燃料供給流路１７およびアノードオフガス流路１８内に残留している流体を押し出し新たな水素に置き換えるのであるが、このＯＣＶパージの適正化を図るため、起動時に初回のＯＣＶパージを行った後、燃料供給流路１７およびアノードオフガス流路１８内が新たな水素に置換されたか否か（すなわち、ガス置換されたか否か）を判定し、その結果、ガス置換不足と判定された場合には、その不足度に応じたガス置換量で再度ＯＣＶパージを実施する。
In the fuel cell system according to the first embodiment configured as described above, when the fuel cell system is started, an OCV purge is performed before power generation is performed in the
そして、実施例１では、初回のＯＣＶパージで十分なガス置換が行われたか否かの判定に、初回のＯＣＶパージ終了直後の燃料電池１のアノード電位を用いる。
燃料電池１のアノードが水素濃度１００％の雰囲気にあるときにはアノード電位はほぼ０Ｖであるが、アノードが不純物の存在する雰囲気にあるときにはアノード電位は０よりも大きくなり、不純物濃度が高いほど（換言すると水素濃度が低いほど）アノード電位は高くなる。
つまり、初回のＯＣＶパージ終了直後の燃料電池１のアノード電位が高いほど、燃料電池１のアノードの雰囲気は水素濃度が低いということができる。したがって、初回のＯＣＶパージ終了直後の燃料電池１のアノード電位から、ガス置換の不足度を推定することができる。
In Example 1, the anode potential of the
When the anode of the
That is, it can be said that the higher the anode potential of the
次に、図２のフローチャートに従って、ＯＣＶパージ制御を説明する。このＯＣＶパージ制御は制御装置３０によって実行される。
まず、ステップＳ１０１において、イグニッションスイッチ３１がＯＮか否かを判定する。
ステップＳ１０１における判定結果が「ＮＯ」である場合には、スタートに戻る。
ステップＳ１０１における判定結果が「ＹＥＳ」である場合には、ステップＳ１０２に進み、燃料電池１から電流を引かない状態で、初回のＯＣＶパージを実施する。初回のＯＣＶパージは、燃料電池システムの停止期間（時間）と、イグニッションスイッチ３１がＯＮされたときの外気温度とに基づいて、予め用意された図示しないマップ等を参照して、パージ時間（期間）を決定する。燃料電池システムの停止時間が長くなるほど、燃料電池１内での固体高分子電解質膜を介するアノードとカソード間のクロスオーバー量が多くなるので、パージ時間を長くし、外気温度が低いほど、流路内のガスが結露し易く水が溜まり易い環境であったので、パージ時間を長くする。なお、前記マップにおけるパージ時間は、希釈器１１の容量を考慮して設定されている。
Next, OCV purge control will be described with reference to the flowchart of FIG. This OCV purge control is executed by the
First, in step S101, it is determined whether or not the
If the determination result in step S101 is “NO”, the process returns to the start.
If the determination result in step S101 is “YES”, the process proceeds to step S102, and the first OCV purge is performed without drawing current from the
そして、決定されたパージ時間だけ遮断弁２０およびパージ弁２１を開き、水素タンク１５から新鮮な水素を、燃料供給流路１７およびアノードオフガス流路１８内に供給し、これら流路内に残留していた流体をパージ流路２２を介して希釈器１１に排出する。また、これと同時に、圧力制御弁１０を開きコンプレッサ７を運転して、希釈器１１に空気を供給し、希釈器１１に排出されたガスを空気で希釈する。
前記パージ時間が経過したとき、パージ弁２１を閉じて、初回のＯＣＶパージを終了する。
Then, the
When the purge time has elapsed, the
初回のＯＣＶパージの終了後、ステップＳ１０３に進み、参照電極１４により燃料電池１のアノード電位を計測する。
次に、ステップＳ１０４に進み、計測されたアノード電位に基づいて、初回のＯＣＶパージでガス置換が十分に行われたか否か、換言するとＯＣＶパージの再実施が必要か否かを判定する。さらに、初回のＯＣＶパージではガス置換が不足であると判定された場合には、換言するとＯＣＶパージを再実施する必要があると判定された場合には、計測されたアノード電位に基づいて、ＯＣＶパージを再度実施する際のパージ量を算出する。
After completion of the first OCV purge, the process proceeds to step S103, and the anode potential of the
Next, the process proceeds to step S104, and based on the measured anode potential, it is determined whether or not the gas replacement is sufficiently performed in the first OCV purge, in other words, whether or not the OCV purge needs to be performed again. Further, when it is determined that the gas replacement is insufficient in the first OCV purge, in other words, when it is determined that the OCV purge needs to be performed again, the OCV purge is performed based on the measured anode potential. The purge amount when the purge is performed again is calculated.
図３に、実施例１において用いられるＯＣＶパージ再実施判定マップの一例を示す。このマップでは、アノード電位が０．１Ｖ未満の領域を、ガス置換が十分に行われておりＯＣＶパージの再実施を不要とする領域（置換完了領域）とし、アノード電位が０．１Ｖ以上の領域を、ガス置換が不足でありＯＣＶパージの再実施を必要とする領域（置換不足領域）としている。但し、閾値であるアノード電位０．１Ｖは一例であり、これに限るものではない。 FIG. 3 shows an example of the OCV purge re-execution determination map used in the first embodiment. In this map, the region where the anode potential is less than 0.1 V is defined as a region where the gas replacement is sufficiently performed and the OCV purge need not be re-executed (replacement completion region), and the anode potential is 0.1 V or more. Are areas where gas replacement is insufficient and the OCV purge needs to be re-executed (replacement insufficient area). However, the anode potential of 0.1 V, which is a threshold value, is an example, and the present invention is not limited to this.
また、置換不足領域には、アノード電位に基づいてＯＣＶパージ再実施時のパージ量（ガス置換量）を算出するためのマップが記載されている。ＯＣＶパージ再実施時のパージ量は、アノード電位が大きくなるにしたがって大きくなるように設定されている。このマップ上のパージ量は、個々の燃料電池システムにより予め定められるものであり、希釈器１１の容量等も考慮して設定されている。この図３に示されるＯＣＶ再実施判定マップが予め制御装置３０の記憶部に記憶されている。
In addition, a map for calculating a purge amount (gas replacement amount) when OCV purge is re-executed based on the anode potential is described in the insufficient replacement region. The purge amount when the OCV purge is re-executed is set so as to increase as the anode potential increases. The purge amount on this map is predetermined by each fuel cell system, and is set in consideration of the capacity of the
ステップＳ１０４における判定結果が、ガス置換は十分でＯＣＶパージの再実施不要であるという場合には、本ルーチンの実行を一旦終了する。そして、この後、燃料電池システムは、燃料電池１の発電運転に移行する。
ステップＳ１０４における判定結果が、ガス置換が不足でＯＣＶパージの再実施が必要であるという場合には、ステップＳ１０５に進み、燃料電池１から電流を引かない状態でパージ弁２１を開いてＯＣＶパージを再実施する。そして、ステップＳ１０４で設定したパージ量が排出される時間が経過したときに、パージ弁２１を閉じて、ＯＣＶパージの再実施を終了し、本ルーチンの実行を一旦終了する。そして、この後、燃料電池システムは、燃料電池１の発電運転に移行する。
If the determination result in step S104 indicates that the gas replacement is sufficient and the OCV purge is not re-executed, the execution of this routine is temporarily terminated. Thereafter, the fuel cell system shifts to the power generation operation of the
If the determination result in step S104 indicates that the gas replacement is insufficient and the OCV purge needs to be re-executed, the process proceeds to step S105, and the OCV purge is performed by opening the
この実施例１の燃料電池システムによれば、燃料電池システムの起動時に、ＯＣＶパージが不足なく適正に行われることとなり、燃料電池１のアノードを含み燃料供給流路１７およびアノードオフガス流路１８が新たな水素に十分に置換されるので、燃料電池１の固体高分子電解質膜の劣化を防止することができ、発電運転に移行したときに安定した発電を行うことができる。
According to the fuel cell system of the first embodiment, when the fuel cell system is started, the OCV purge is properly performed without shortage, and the
次に、この発明に係る燃料電池システムの実施例２から実施例６を図４から図１０の図面を参照して説明する。
図４は、実施例２から実施例６における燃料電池システムの概略構成図である。基本的な構成は実施例１の燃料電池システムと同じであり、同一態様部分に同一符号を付してその説明を省略し、実施例１のものと相違する点だけを以下に説明する。
Next, Embodiment 2 to
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the fuel cell system according to the second to sixth embodiments. The basic configuration is the same as that of the fuel cell system of the first embodiment, and the same reference numerals are given to the same mode portions, the description thereof is omitted, and only differences from the first embodiment will be described below.
燃料電池１には参照電極１４が設けられていない。
燃料電池１には、最低セル電圧あるいは燃料電池１の総電圧を計測する電圧センサ（電圧計測手段）２５が設けられている。
燃料供給流路１７には、レギュレータ１６とエゼクタ１９との間に、水素の供給量を計測する水素フローメータ（燃料供給量計測手段）２６が設けられている。
エゼクタ１９よりも下流の燃料供給流路１７とキャッチタンク１２よりも上流のアノードオフガス流路１８との間には、燃料電池１の水素入口圧力と水素出口圧力との圧力差を計測する差圧センサ（燃料差圧計測手段）２７が設けられている。
電圧センサ２５、水素フローメータ２６、差圧センサ２７、水素センサ２４は、それぞれ計測値に応じた電気信号を制御装置３０に出力する。
The
The
In the
A differential pressure for measuring the pressure difference between the hydrogen inlet pressure and the hydrogen outlet pressure of the
The
このように構成された実施例２〜実施例６の燃料電池システムでは、燃料電池システムの起動時に、燃料電池１で発電を行う前にＯＣＶパージを行い、燃料供給流路１７およびアノードオフガス流路１８内に残留している流体を押し出し新たな水素に置き換えるのであるが、このＯＣＶパージの適正化を図るため、起動時に初回のＯＣＶパージを行った後、燃料供給流路１７およびアノードオフガス流路１８内が新たな水素に置換されたか否か（すなわち、ガス置換されたか否か）を判定し、その結果、ガス置換不足と判定された場合には、その不足度に応じたガス置換量で再度ＯＣＶパージを実施する。
In the fuel cell systems of Examples 2 to 6 configured as described above, when the fuel cell system is started, OCV purge is performed before power generation in the
そして、実施例２から実施例６では、初回のＯＣＶパージ終了時に燃料電池１から排出されるガスの水素濃度を計測あるいは推定し、この水素濃度の計測値あるいは推定値を、初回のＯＣＶパージで十分なガス置換が行われたか否かの判定に用いる。
初回のＯＣＶパージで十分なガス置換が行われた場合には、初回のＯＣＶパージ終了後に燃料電池１から排出されたガスの水素濃度は１００％に近く、一方、初回のＯＣＶパージではガス置換が不十分な場合には、初回のＯＣＶパージ終了後に燃料電池１から排出されたガスの水素濃度は低下する。このことから、初回のＯＣＶパージ終了後に燃料電池１から排出されるガスの水素濃度に基づいて、初回のＯＣＶパージで十分なガス置換が行われたか否かを判定することができ、ガス置換の不足度を推定することができる。
In the second to sixth embodiments, the hydrogen concentration of the gas discharged from the
When sufficient gas replacement is performed in the first OCV purge, the hydrogen concentration of the gas discharged from the
次に、図５のフローチャートに従って、実施例２におけるＯＣＶパージ制御を説明する。このＯＣＶパージ制御は制御装置３０によって実行される。
まず、ステップＳ２０１において、イグニッションスイッチ３１がＯＮか否かを判定する。
ステップＳ２０１における判定結果が「ＮＯ」である場合には、スタートに戻る。
ステップＳ２０１における判定結果が「ＹＥＳ」である場合には、ステップＳ２０２に進み、燃料電池１から電流を引かない状態で、初回のＯＣＶパージを実施する。初回のＯＣＶパージについては実施例１と同じであるので説明を省略する。
Next, OCV purge control according to the second embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. This OCV purge control is executed by the
First, in step S201, it is determined whether or not the
If the determination result in step S201 is “NO”, the process returns to the start.
If the determination result in step S201 is “YES”, the process proceeds to step S202, and the first OCV purge is performed without drawing current from the
初回のＯＣＶパージの終了後、ステップＳ２０３に進み、水素センサ２４により燃料電池１から排出されたガスの水素濃度を計測する。
次に、ステップＳ２０４に進み、計測されたガスの水素濃度に基づいて、初回のＯＣＶパージでガス置換が十分に行われたか否か、換言するとＯＣＶパージの再実施が必要か否かを判定する。さらに、初回のＯＣＶパージではガス置換が不足であると判定された場合には、換言するとＯＣＶパージを再実施する必要があると判定された場合には、計測されたガスの水素濃度に基づいて、ＯＣＶパージを再度実施する際のパージ量を算出する。
After completion of the first OCV purge, the process proceeds to step S203, and the hydrogen concentration of the gas discharged from the
Next, the process proceeds to step S204, and based on the measured hydrogen concentration of the gas, it is determined whether or not the gas replacement is sufficiently performed in the first OCV purge, in other words, whether or not the OCV purge needs to be performed again. . Further, when it is determined that the gas replacement is insufficient in the first OCV purge, in other words, when it is determined that the OCV purge needs to be performed again, based on the measured hydrogen concentration of the gas. Then, the purge amount when the OCV purge is performed again is calculated.
図６に、実施例２において用いられるＯＣＶパージ再実施判定マップの一例を示す。このマップでは、排出水素濃度（燃料電池１から排出されるガスの水素濃度）が９０００ｐｐｍを越える領域を、ガス置換が十分に行われておりＯＣＶパージの再実施を不要とする領域（置換完了領域）とし、排出水素濃度が９０００ｐｐｍ以下の領域を、ガス置換が不足でありＯＣＶパージの再実施を必要とする領域（置換不足領域）としている。但し、閾値である排出水素濃度９０００ｐｐｍは一例であり、これに限るものではない。 FIG. 6 shows an example of the OCV purge re-execution determination map used in the second embodiment. In this map, an area where the exhaust hydrogen concentration (hydrogen concentration of gas discharged from the fuel cell 1) exceeds 9000 ppm is an area where the gas replacement is sufficiently performed and the OCV purge does not need to be performed again (the replacement completion area). ), And the region where the exhaust hydrogen concentration is 9000 ppm or less is a region where gas replacement is insufficient and OCV purge needs to be performed again (substitution insufficient region). However, the exhaust hydrogen concentration of 9000 ppm, which is a threshold value, is an example, and the present invention is not limited to this.
また、置換不足領域には、排出水素濃度に基づいてＯＣＶパージ再実施時のパージ量（ガス置換量）を算出するためのマップが記載されている。ＯＣＶパージ再実施時のパージ量は、排出水素濃度が小さくなるにしたがって大きくなるように設定されている。このマップ上のパージ量は、個々の燃料電池システムにより予め定められるものであり、希釈器１１の容量等も考慮して設定されている。この図６に示されるＯＣＶ再実施判定マップが予め制御装置３０の記憶部に記憶されている。
In addition, a map for calculating a purge amount (gas replacement amount) when the OCV purge is re-executed based on the exhausted hydrogen concentration is described in the insufficient substitution region. The purge amount when the OCV purge is re-executed is set to increase as the exhaust hydrogen concentration decreases. The purge amount on this map is predetermined by each fuel cell system, and is set in consideration of the capacity of the
ステップＳ２０４における判定結果が、ガス置換は十分でＯＣＶパージの再実施不要であるという場合には、本ルーチンの実行を一旦終了する。そして、この後、燃料電池システムは、燃料電池１の発電運転に移行する。
ステップＳ２０４における判定結果が、ガス置換が不足でＯＣＶパージの再実施が必要であるという場合には、ステップＳ２０５に進み、燃料電池１から電流を引かない状態でパージ弁２１を開いてＯＣＶパージを再実施する。そして、ステップＳ２０４で設定したパージ量が排出される時間が経過したときに、パージ弁２１を閉じて、ＯＣＶパージの再実施を終了し、本ルーチンの実行を一旦終了する。そして、この後、燃料電池システムは、燃料電池１の発電運転に移行する。
If the determination result in step S204 indicates that the gas replacement is sufficient and it is not necessary to perform the OCV purge again, the execution of this routine is temporarily terminated. Thereafter, the fuel cell system shifts to the power generation operation of the
If the determination result in step S204 indicates that the gas replacement is insufficient and the OCV purge needs to be performed again, the process proceeds to step S205, and the OCV purge is performed by opening the
この実施例２の燃料電池システムによれば、燃料電池システムの起動時に、ＯＣＶパージが不足なく適正に行われることとなり、燃料電池１のアノードを含み燃料供給流路１７およびアノードオフガス流路１８が新たな水素に十分に置換されるので、燃料電池１の固体高分子電解質膜の劣化を防止することができ、発電運転に移行したときに安定した発電を行うことができる。
According to the fuel cell system of the second embodiment, when the fuel cell system is started, the OCV purge is properly performed without shortage, and the
前記実施例２では、ステップＳ２０３において、初回のＯＣＶパージ終了後、水素センサ２４により直接に、燃料電池１から排出されたガスの水素濃度を計測したが、実施例３から実施例６では、ステップＳ２０３において、初回のＯＣＶパージ終了後に計測される別の物理量に基づいて、初回のＯＣＶパージ終了後に燃料電池１から排出されるガスの水素濃度（換言すると、初回のＯＣＶパージ終了時の燃料電池１のアノード内の水素濃度）を推定し、ステップＳ２０４において、この推定水素濃度を用いて、初回のＯＣＶパージで十分なガス置換が行われたか否かを判定する。以下、それぞれの実施例を具体的に説明する。
In the second embodiment, the hydrogen concentration of the gas discharged from the
実施例３では、初回のＯＣＶパージ終了後に電圧センサ２５により計測される燃料電池１の総電圧に基づいて、初回のＯＣＶパージ終了後に燃料電池１から排出されるガスの水素濃度を推定する。
初回のＯＣＶパージで十分なガス置換が行われ、アノードの水素濃度が１００％に近い場合には、初回のＯＣＶパージ終了後の燃料電池１のアノード電位はほぼ０Ｖであるので各セル電圧はほぼ１Ｖとなり、燃料電池１の総電圧はほぼセルの積層数×１Ｖとなる。一方、初回のＯＣＶパージではガス置換が不十分でアノードの水素濃度が低い場合には、初回のＯＣＶパージ終了後の燃料電池１のアノード電位が０Ｖよりも大きくなるので各セル電圧が１Ｖよりも小さくなり、燃料電池１の総電圧はセルの積層数×１Ｖよりも小さくなり、ガス置換の不足度が大きいほど燃料電池１の総電圧は小さくなる。このことから、初回のＯＣＶパージ終了後の燃料電池１の総電圧に基づいて、初回のＯＣＶパージ終了後に燃料電池１から排出されるガスの水素濃度を推定することができ、この推定水素濃度を基に初回のＯＣＶパージで十分なガス置換が行われたか否かを判定することができ、ガス置換の不足度を推定することができる。
In Example 3, based on the total voltage of the
When sufficient gas replacement is performed in the first OCV purge and the anode hydrogen concentration is close to 100%, the anode potential of the
図７に、実施例３において用いられるＯＣＶパージ再実施判定マップの一例を示す。このマップでは、横軸を推定水素濃度の代わりに燃料電池１の総電圧としており、燃料電池１の総電圧が所定の閾値を越える領域を、ガス置換が十分に行われておりＯＣＶパージの再実施を不要とする領域（置換完了領域）とし、燃料電池１の総電圧が前記閾値以下の領域を、ガス置換が不足でありＯＣＶパージの再実施を必要とする領域（置換不足領域）としている。ここで、前記閾値は事前にテストを行って決定するのが好ましいが、例えば、０．９Ｖ×セル積層数とすることができる。
FIG. 7 shows an example of the OCV purge re-execution determination map used in the third embodiment. In this map, the abscissa represents the total voltage of the
また、置換不足領域には、初回のＯＣＶパージ終了後の燃料電池１の総電圧に基づいてＯＣＶパージ再実施時のパージ量（ガス置換量）を算出するためのマップが記載されている。ＯＣＶパージ再実施時のパージ量は、燃料電池１の総電圧が小さくなるにしたがって大きくなるように設定されている。このマップ上のパージ量は、個々の燃料電池システムにより予め定められるものであり、希釈器１１の容量等も考慮して設定されている。この図７に示されるＯＣＶ再実施判定マップが予め制御装置３０の記憶部に記憶されている。
In addition, a map for calculating a purge amount (gas replacement amount) when the OCV purge is re-executed based on the total voltage of the
実施例３におけるＯＣＶパージ制御を、図５のフローチャートを援用して説明すると、ステップＳ２０１，Ｓ２０２は実施例２の場合と同じであり、ステップＳ２０３において、電圧センサ２５により初回のＯＣＶパージ終了後の燃料電池１の総電圧を計測し、ステップＳ２０４において、計測された燃料電池１の総電圧に基づき図７のマップを参照して、ＯＣＶパージの再実施が必要か否かを判定するとともに、再実施が必要と判定された場合には再実施時のパージ量を算出する。
The OCV purge control in the third embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. 5. Steps S201 and S202 are the same as those in the second embodiment. In step S203, the
ステップＳ２０４における判定結果が、ガス置換は十分でＯＣＶパージの再実施不要であるという場合には、本ルーチンの実行を一旦終了する。その後、燃料電池システムは、燃料電池１の発電運転に移行する。
また、ステップＳ２０４における判定結果が、ガス置換が不足でＯＣＶパージの再実施が必要であるという場合には、ステップＳ２０５に進み、燃料電池１から電流を引かない状態でパージ弁２１を開いて、算出された前記パージ量だけＯＣＶパージを再実施し、本ルーチンの実行を一旦終了する。その後、燃料電池システムは、燃料電池１の発電運転に移行する。
If the determination result in step S204 indicates that the gas replacement is sufficient and it is not necessary to perform the OCV purge again, the execution of this routine is temporarily terminated. Thereafter, the fuel cell system shifts to the power generation operation of the
If the determination result in step S204 indicates that the gas replacement is insufficient and the OCV purge needs to be performed again, the process proceeds to step S205, where the
この実施例３の燃料電池システムによれば、燃料電池システムの起動時に、ＯＣＶパージが不足なく適正に行われることとなり、燃料電池１のアノードを含み燃料供給流路１７およびアノードオフガス流路１８が新たな水素に十分に置換されるので、燃料電池１の固体高分子電解質膜の劣化を防止することができ、発電運転に移行したときに安定した発電を行うことができる。
According to the fuel cell system of the third embodiment, when the fuel cell system is started, the OCV purge is properly performed without shortage, and the
実施例４では、初回のＯＣＶパージ終了後に電圧センサ２５により計測される燃料電池１の最低セル電圧に基づいて、初回のＯＣＶパージ終了後に燃料電池１から排出されるガスの水素濃度（換言すると、初回のＯＣＶパージ終了時の燃料電池１のアノード内の水素濃度）を推定する。
初回のＯＣＶパージで十分なガス置換が行われ、アノードの水素濃度が１００％に近い場合には、初回のＯＣＶパージ終了後の燃料電池１のアノード電位はほぼ０Ｖであるので最低セル電圧はほぼ１Ｖである。一方、初回のＯＣＶパージではガス置換が不十分でアノードの水素濃度が低い場合には、初回のＯＣＶパージ終了後の燃料電池１のアノード電位は０Ｖよりも大きくなるので最低セル電圧が１Ｖよりも小さくなり、ガス置換の不足度が大きいほど最低セル電圧は小さくなる。このことから、初回のＯＣＶパージ終了後の燃料電池１の最低セル電圧に基づいて、初回のＯＣＶパージ終了後に燃料電池１から排出されるガスの水素濃度を推定することができ、この推定水素濃度を基に初回のＯＣＶパージで十分なガス置換が行われたか否かを判定することができ、ガス置換の不足度を推定することができる。
なお、最低セル電圧は、総てのセル電圧を計測して求めてもよいし、あるいは、個々の燃料電池システムによって予め最低セル電圧となり易いセルを特定することができるので、この特定されたセルのセル電圧のみを計測してこれを最低セル電圧としてもよい。
In Example 4, based on the lowest cell voltage of the
When sufficient gas replacement is performed in the first OCV purge and the anode hydrogen concentration is close to 100%, the anode potential of the
Note that the minimum cell voltage may be obtained by measuring all cell voltages, or cells that are likely to become the minimum cell voltage can be specified in advance by individual fuel cell systems. It is also possible to measure only the cell voltage and use this as the minimum cell voltage.
図８に、実施例４において用いられるＯＣＶパージ再実施判定マップの一例を示す。このマップでは、横軸を推定水素濃度の代わりに燃料電池１の最低セル電圧としており、燃料電池１の最低セル電圧が所定の閾値を越える領域を、ガス置換が十分に行われておりＯＣＶパージの再実施を不要とする領域（置換完了領域）とし、燃料電池１の最低セル電圧が前記閾値以下の領域を、ガス置換が不足でありＯＣＶパージの再実施を必要とする領域（置換不足領域）としている。ここで、前記閾値は事前にテストを行って決定するのが好ましいが、例えば、０．８Ｖとすることができる。
FIG. 8 shows an example of the OCV purge re-execution determination map used in the fourth embodiment. In this map, the horizontal axis is the lowest cell voltage of the
また、置換不足領域には、初回のＯＣＶパージ終了後の燃料電池１の最低セル電圧に基づいてＯＣＶパージ再実施時のパージ量（ガス置換量）を算出するためのマップが記載されている。ＯＣＶパージ再実施時のパージ量は、燃料電池１の最低セル電圧が小さくなるにしたがって大きくなるように設定されている。このマップ上のパージ量は、個々の燃料電池システムにより予め定められるものであり、希釈器１１の容量等も考慮して設定されている。この図８に示されるＯＣＶ再実施判定マップが予め制御装置３０の記憶部に記憶されている。
In addition, a map for calculating the purge amount (gas replacement amount) when the OCV purge is re-executed based on the lowest cell voltage of the
実施例４におけるＯＣＶパージ制御を、図５のフローチャートを援用して説明すると、ステップＳ２０１，Ｓ２０２は実施例２の場合と同じであり、ステップＳ２０３において、電圧センサ２５により初回のＯＣＶパージ終了後の燃料電池１の最低セル電圧を計測し、ステップＳ２０４において、計測された燃料電池１の最低セル電圧に基づき図８のマップを参照して、ＯＣＶパージの再実施が必要か否かを判定するとともに、再実施が必要と判定された場合には再実施時のパージ量を算出する。
The OCV purge control in the fourth embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. 5. Steps S201 and S202 are the same as those in the second embodiment. In step S203, the
ステップＳ２０４における判定結果が、ガス置換は十分でＯＣＶパージの再実施不要であるという場合には、本ルーチンの実行を一旦終了する。その後、燃料電池システムは、燃料電池１の発電運転に移行する。
また、ステップＳ２０４における判定結果が、ガス置換が不足でＯＣＶパージの再実施が必要であるという場合には、ステップＳ２０５に進み、燃料電池１から電流を引かない状態でパージ弁２１を開いて、算出された前記パージ量だけＯＣＶパージを再実施し、本ルーチンの実行を一旦終了する。その後、燃料電池システムは、燃料電池１の発電運転に移行する。
If the determination result in step S204 indicates that the gas replacement is sufficient and it is not necessary to perform the OCV purge again, the execution of this routine is temporarily terminated. Thereafter, the fuel cell system shifts to the power generation operation of the
If the determination result in step S204 indicates that the gas replacement is insufficient and the OCV purge needs to be performed again, the process proceeds to step S205, where the
この実施例４の燃料電池システムによれば、燃料電池システムの起動時に、ＯＣＶパージが不足なく適正に行われることとなり、燃料電池１のアノードを含み燃料供給流路１７およびアノードオフガス流路１８が新たな水素に十分に置換されるので、燃料電池１の固体高分子電解質膜の劣化を防止することができ、発電運転に移行したときに安定した発電を行うことができる。
According to the fuel cell system of the fourth embodiment, when the fuel cell system is started, the OCV purge is properly performed without shortage, and the
実施例５では、初回のＯＣＶパージ終了後に水素フローメータ２６により計測される水素供給量を用いて、初回のＯＣＶパージ終了後に燃料電池１から排出されるガスの水素濃度（換言すると、初回のＯＣＶパージ終了時の燃料電池１のアノード内の水素濃度）を推定する。
初回のＯＣＶパージにおいて予め設定された水素供給量が実際に供給されている場合には、初回のＯＣＶパージで十分にガス置換が行われるはずであるので、燃料電池１から排出されるガスの水素濃度はほぼ１００％となる。一方、初回のＯＣＶパージのときに実際に供給された水素供給量が予め設定された水素供給量（以下、設定水素供給量という場合もある）よりも少ない場合には、ガス置換が不十分となり、燃料電池１から排出されるガスの水素濃度は低くなる。このことから、初回のＯＣＶパージの開始から終了までに実際に供給された水素供給量と設定された水素供給量との割合に基づいて、初回のＯＣＶパージ終了後に燃料電池１から排出されるガスの水素濃度を推定することができ、この推定水素濃度を基に初回のＯＣＶパージで十分なガス置換が行われたか否かを判定することができ、ガス置換の不足度を推定することができる。
In the fifth embodiment, the hydrogen supply amount measured by the
When the hydrogen supply amount set in advance in the first OCV purge is actually supplied, the gas replacement should be sufficiently performed in the first OCV purge. The concentration is almost 100%. On the other hand, when the hydrogen supply amount actually supplied at the time of the first OCV purge is smaller than a preset hydrogen supply amount (hereinafter sometimes referred to as a set hydrogen supply amount), gas replacement becomes insufficient. The hydrogen concentration of the gas discharged from the
図９に、実施例５において用いられるＯＣＶパージ再実施判定マップの一例を示す。このマップでは、横軸を推定水素濃度の代わりに水素供給量の割合（実際の水素供給量を設定された水素供給量で割った値）としており、この割合が所定の閾値を越える領域を、ガス置換が十分に行われておりＯＣＶパージの再実施を不要とする領域（置換完了領域）とし、水素供給量が前記閾値以下の領域を、ガス置換が不足でありＯＣＶパージの再実施を必要とする領域（置換不足領域）としている。ここで、前記閾値は、例えば０．９であり、予め設定された初回のＯＣＶパージでの水素供給量より実測の水素供給量が若干少ない量のときの割合とすることができる。 FIG. 9 shows an example of the OCV purge re-execution determination map used in the fifth embodiment. In this map, the horizontal axis is the ratio of the hydrogen supply amount (the value obtained by dividing the actual hydrogen supply amount by the set hydrogen supply amount) instead of the estimated hydrogen concentration, and the region where this ratio exceeds a predetermined threshold value, The region where the gas replacement is sufficiently performed and the OCV purge need not be re-executed (replacement completion region), and the region where the hydrogen supply amount is equal to or less than the threshold value is insufficient, and the OCV purge needs to be re-executed. And an area to be replaced (an insufficient replacement area). Here, the threshold value is 0.9, for example, and can be a ratio when the actual hydrogen supply amount is slightly smaller than the hydrogen supply amount in the preset initial OCV purge.
また、置換不足領域には、初回のＯＣＶパージの開始から終了までの実測の水素供給量と設定水素供給量との割合に基づいてＯＣＶパージ再実施時のパージ量（ガス置換量）を算出するためのマップが記載されている。ＯＣＶパージ再実施時のパージ量は、初回ＯＣＶパージの実測の水素供給量が設定水素供給量よりも少なくなるにしたがって大きくなるように設定されている。このマップ上のパージ量は、個々の燃料電池システムにより予め定められるものであり、希釈器１１の容量等も考慮して設定されている。この図９に示されるＯＣＶ再実施判定マップが予め制御装置３０の記憶部に記憶されている。
In addition, the purge amount (gas replacement amount) at the time of the OCV purge re-execution is calculated based on the ratio between the actually measured hydrogen supply amount and the set hydrogen supply amount from the start to the end of the first OCV purge in the replacement shortage region. A map for is described. The purge amount when the OCV purge is re-executed is set so as to increase as the actual hydrogen supply amount of the first OCV purge becomes smaller than the set hydrogen supply amount. The purge amount on this map is predetermined by each fuel cell system, and is set in consideration of the capacity of the
実施例５におけるＯＣＶパージ制御を、図５のフローチャートを援用して説明すると、ステップＳ２０１，Ｓ２０２は実施例２の場合と同じであり、ステップＳ２０３において、水素フローメータ２６により初回のＯＣＶパージの開始から終了までに供給された水素供給量を計測し、ステップＳ２０４において、計測された水素供給量を用いて設定水素供給量との割合（実測水素供給量／設定水素供給量）を算出し、図９のマップを参照して、ＯＣＶパージの再実施が必要か否かを判定するとともに、再実施が必要と判定された場合には再実施時のパージ量を算出する。
The OCV purge control in the fifth embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. 5. Steps S201 and S202 are the same as those in the second embodiment. In step S203, the first OCV purge is started by the
ステップＳ２０４における判定結果が、ガス置換は十分でＯＣＶパージの再実施不要であるという場合には、本ルーチンの実行を一旦終了する。その後、燃料電池システムは、燃料電池１の発電運転に移行する。
また、ステップＳ２０４における判定結果が、ガス置換が不足でＯＣＶパージの再実施が必要であるという場合には、ステップＳ２０５に進み、燃料電池１から電流を引かない状態でパージ弁２１を開いて、算出された前記パージ量だけＯＣＶパージを再実施し、本ルーチンの実行を一旦終了する。その後、燃料電池システムは、燃料電池１の発電運転に移行する。
If the determination result in step S204 indicates that the gas replacement is sufficient and it is not necessary to perform the OCV purge again, the execution of this routine is temporarily terminated. Thereafter, the fuel cell system shifts to the power generation operation of the
If the determination result in step S204 indicates that the gas replacement is insufficient and the OCV purge needs to be performed again, the process proceeds to step S205, where the
この実施例５の燃料電池システムによれば、燃料電池システムの起動時に、ＯＣＶパージが不足なく適正に行われることとなり、燃料電池１のアノードを含み燃料供給流路１７およびアノードオフガス流路１８が新たな水素に十分に置換されるので、燃料電池１の固体高分子電解質膜の劣化を防止することができ、発電運転に移行したときに安定した発電を行うことができる。
According to the fuel cell system of the fifth embodiment, when the fuel cell system is started, the OCV purge is properly performed without shortage, and the
実施例６では、初回のＯＣＶパージ終了時に差圧センサ２７により計測される燃料電池１の水素入口圧力と水素出口圧力との圧力差（以下、アノード前後差圧と略す）に基づいて、初回のＯＣＶパージ終了後に燃料電池１から排出されるガスの水素濃度（換言すると、初回のＯＣＶパージ終了時の燃料電池１のアノード内の水素濃度）を推定する。
例えば、初回のＯＣＶパージで十分なガス置換が行われた場合には、ＯＣＶパージにおいてガスの流れが良いので、初回のＯＣＶパージ終了時の燃料電池１のアノード前後差圧は小さい。一方、パージ弁２１が水詰まりしていたり、燃料電池１の燃料流通路５に水が残っている場合には、ＯＣＶパージにおいてガスの流れが悪いので、初回のＯＣＶパージで十分にガス置換が行われず、初回のＯＣＶパージ終了時の燃料電池１のアノード前後差圧が大きくなる。このことから、初回のＯＣＶパージ終了時の燃料電池１のアノード前後差圧に基づいて、初回のＯＣＶパージ終了後に燃料電池１から排出されるガスの水素濃度を推定することができ、この推定水素濃度を基に初回のＯＣＶパージで十分なガス置換が行われたか否かを判定することができ、ガス置換の不足度を推定することができる。
In Example 6, the first time based on the pressure difference between the hydrogen inlet pressure and the hydrogen outlet pressure of the
For example, when sufficient gas replacement is performed in the first OCV purge, the gas flow is good in the OCV purge, so the differential pressure across the anode of the
図１０に、実施例６において用いられるＯＣＶパージ再実施判定マップの一例を示す。このマップでは、横軸を推定水素濃度の代わりにアノード前後差圧としており、アノード前後差圧が所定の閾値より下回る領域を、ガス置換が十分に行われておりＯＣＶパージの再実施を不要とする領域（置換完了領域）とし、アノード前後差圧が前記閾値以上の領域を、ガス置換が不足でありＯＣＶパージの再実施を必要とする領域（置換不足領域）としている。ここで、前記閾値は事前にテストを行って決定するのが好ましいが、例えば、３ｋＰａとすることができる。 FIG. 10 shows an example of the OCV purge re-execution determination map used in the sixth embodiment. In this map, the horizontal axis is the differential pressure across the anode instead of the estimated hydrogen concentration, and the gas replacement is sufficiently performed in the region where the differential pressure across the anode is below the predetermined threshold, so that the OCV purge need not be re-executed. The region where the differential pressure across the anode is equal to or higher than the threshold value is the region where gas replacement is insufficient and the OCV purge needs to be re-executed (replacement insufficient region). Here, the threshold value is preferably determined by performing a test in advance, but may be 3 kPa, for example.
また、置換不足領域には、初回のＯＣＶパージ終了時のアノード前後差圧に基づいてＯＣＶパージ再実施時のパージ量（ガス置換量）を算出するためのマップが記載されている。ＯＣＶパージ再実施時のパージ量は、アノード前後差圧が大きくなるにしたがって大きくなるように設定されている。このマップ上のパージ量は、個々の燃料電池システムにより予め定められるものであり、希釈器１１の容量等も考慮して設定されている。この図１０に示されるＯＣＶ再実施判定マップが予め制御装置３０の記憶部に記憶されている。
In addition, a map for calculating the purge amount (gas replacement amount) when the OCV purge is re-executed based on the differential pressure across the anode at the end of the first OCV purge is described in the insufficient replacement region. The purge amount when the OCV purge is re-executed is set to increase as the differential pressure across the anode increases. The purge amount on this map is predetermined by each fuel cell system, and is set in consideration of the capacity of the
実施例６におけるＯＣＶパージ制御を、図５のフローチャートを援用して説明すると、ステップＳ２０１，Ｓ２０２は実施例２の場合と同じであり、ステップＳ２０３において、差圧センサ２７により初回のＯＣＶパージ終了時のアノード前後差圧を計測し、ステップＳ２０４において、計測されたアノード前後差圧に基づき図１０のマップを参照して、ＯＣＶパージの再実施が必要か否かを判定するとともに、再実施が必要と判定された場合には再実施時のパージ量を算出する。
The OCV purge control in the sixth embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. 5. Steps S201 and S202 are the same as those in the second embodiment. In step S203, when the first OCV purge is completed by the
ステップＳ２０４における判定結果が、ガス置換は十分でＯＣＶパージの再実施不要であるという場合には、本ルーチンの実行を一旦終了する。その後、燃料電池システムは、燃料電池１の発電運転に移行する。
また、ステップＳ２０４における判定結果が、ガス置換が不足でＯＣＶパージの再実施が必要であるという場合には、ステップＳ２０５に進み、燃料電池１から電流を引かない状態でパージ弁２１を開いて、算出された前記パージ量だけＯＣＶパージを再実施し、本ルーチンの実行を一旦終了する。その後、燃料電池システムは、燃料電池１の発電運転に移行する。
If the determination result in step S204 indicates that the gas replacement is sufficient and it is not necessary to perform the OCV purge again, the execution of this routine is temporarily terminated. Thereafter, the fuel cell system shifts to the power generation operation of the
If the determination result in step S204 indicates that the gas replacement is insufficient and the OCV purge needs to be performed again, the process proceeds to step S205, where the
この実施例６の燃料電池システムによれば、燃料電池システムの起動時に、ＯＣＶパージが不足なく適正に行われることとなり、燃料電池１のアノードを含み燃料供給流路１７およびアノードオフガス流路１８が新たな水素に十分に置換されるので、燃料電池１の固体高分子電解質膜の劣化を防止することができ、発電運転に移行したときに安定した発電を行うことができる。
なお、前述した実施例６では、燃料電池１の水素入口圧力と水素出口圧力との圧力差を差圧センサ２７によって計測したが、燃料電池１の水素入口圧力と水素出口圧力をそれぞれ個別の圧力センサで計測し、両圧力センサの計測値の差から圧力差を算出してもよい。
According to the fuel cell system of the sixth embodiment, when the fuel cell system is started, the OCV purge is properly performed without shortage, and the
In Example 6 described above, the pressure difference between the hydrogen inlet pressure and the hydrogen outlet pressure of the
次に、この発明に係る燃料電池システムの実施例７を図１１および図１２の図面を参照して説明する。
図１１は、実施例７における燃料電池システムの概略構成図である。基本的な構成は実施例１の燃料電池システムと同じであり、同一態様部分に同一符号を付してその説明を省略し、実施例１のものと相違する点だけを以下に説明する。
実施例７の燃料電池システムには、燃料電池１に参照電極１４が設けられていない。また、実施例７の燃料電池システムでは、燃料供給流路１７の途中に、エゼクタ１９に代えて水素ポンプ（燃料ポンプ）３２が設けられており、この水素ポンプ１９で、水素タンク１５の水素を燃料電池１の燃料流通路５に供給するとともに、燃料電池１から排出されるアノードオフガスを吸引して再び燃料電池１の燃料流通路５に供給する。そして、この水素ポンプ３２の消費電力を計測する消費電力計測手段３３が設けられており、消費電力計測手段３３は計測した消費電力を制御装置３０に出力する。
この実施例７において、燃料供給流路１７とアノードオフガス流路１８は、燃料電池１に燃料（水素）を循環しつつ供給する燃料流路を構成する。
Next, a seventh embodiment of the fuel cell system according to the present invention will be described with reference to the drawings of FIGS.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to the seventh embodiment. The basic configuration is the same as that of the fuel cell system of the first embodiment, and the same reference numerals are given to the same mode portions, the description thereof is omitted, and only differences from the first embodiment will be described below.
In the fuel cell system of Example 7, the
In the seventh embodiment, the
そして、実施例７では、初回のＯＣＶパージの開始から終了までに水素ポンプ３２で消費された消費電力量に基づいて、初回のＯＣＶパージ終了後に燃料電池１から排出されるガスの水素濃度を推定し、この水素濃度の推定値を、初回のＯＣＶパージで十分なガス置換が行われたか否かの判定に用いる。
In Example 7, the hydrogen concentration of the gas discharged from the
これは、初回のＯＣＶパージでガスの置換が不十分な場合には、水素ポンプ３２の消費電力が大きくなることに基づく。つまり、ガスの置換が十分である場合にはガスは分子量が小さい水素にほぼ１００％置換されるが、ガスの置換が不十分な場合にはガス中に窒素などの不純ガスが含まれるため、ガスの平均分子量が大きくなり、分子量の大きいガスを送り出すために大きなエネルギーが必要となり、水素ポンプ３２の消費電力が大きくなる。また、パージ弁２１が水詰まりしていたり、燃料電池１の燃料流通路５に水が残っている場合も、ガスの流れが悪くなるので、ガスの置換が十分に行われなくなり、また、水素ポンプ３２の負荷が大きくなって消費電力が大きくなる。
This is based on the fact that the power consumption of the
このことから、初回のＯＣＶパージの開始から終了までに水素ポンプ３２で消費された消費電力量に基づいて、初回のＯＣＶパージ終了後に燃料電池１から排出されるガスの水素濃度（換言すると、初回のＯＣＶパージ終了時の燃料電池１のアノード内の水素濃度）を推定することができ、この推定水素濃度を基に初回のＯＣＶパージで十分なガス置換が行われたか否かを判定することができ、ガス置換の不足度を推定することができる。
From this, based on the power consumption consumed by the
図１２に、実施例７において用いられるＯＣＶパージ再実施判定マップの一例を示す。このマップでは、横軸を推定水素濃度の代わりに水素ポンプ３２の消費電力量としており、消費電力量が所定の閾値より下回る領域を、ガス置換が十分に行われておりＯＣＶパージの再実施を不要とする領域（置換完了領域）とし、消費電力量が前記閾値以上の領域を、ガス置換が不足でありＯＣＶパージの再実施を必要とする領域（置換不足領域）としている。ここで、前記閾値は事前にテストを行って決定するのが好ましい。
FIG. 12 shows an example of the OCV purge re-execution determination map used in the seventh embodiment. In this map, the horizontal axis is the power consumption of the
また、置換不足領域には、初回のＯＣＶパージの開始から終了までの水素ポンプ３２の消費電力量に基づいてＯＣＶパージ再実施時のパージ量（ガス置換量）を算出するためのマップが記載されている。ＯＣＶパージ再実施時のパージ量は、水素ポンプ３２の消費電力量が大きくなるにしたがって大きくなるように設定されている。このマップ上のパージ量は、個々の燃料電池システムにより予め定められるものであり、希釈器１１の容量等も考慮して設定されている。この図１２に示されるＯＣＶ再実施判定マップが予め制御装置３０の記憶部に記憶されている。
In addition, a map for calculating a purge amount (gas replacement amount) when the OCV purge is re-executed based on the power consumption of the
実施例７におけるＯＣＶパージ制御を、図５のフローチャートを援用して説明すると、ステップＳ２０１，Ｓ２０２は実施例２の場合と同じであり、ステップＳ２０３において、消費電力計測手段３３により初回のＯＣＶパージにおける水素ポンプ３２の消費電力量を計測し、ステップＳ２０４において、計測された消費電力量に基づき図１２のマップを参照して、ＯＣＶパージの再実施が必要か否かを判定するとともに、再実施が必要と判定された場合には再実施時のパージ量を算出する。
The OCV purge control in the seventh embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. 5. Steps S201 and S202 are the same as those in the second embodiment. In step S203, the power consumption measuring unit 33 performs the first OCV purge control. The power consumption of the
ステップＳ２０４における判定結果が、ガス置換は十分でＯＣＶパージの再実施不要であるという場合には、本ルーチンの実行を一旦終了する。その後、燃料電池システムは、燃料電池１の発電運転に移行する。
また、ステップＳ２０４における判定結果が、ガス置換が不足でＯＣＶパージの再実施が必要であるという場合には、ステップＳ２０５に進み、燃料電池１から電流を引かない状態でパージ弁２１を開いて、算出された前記パージ量だけＯＣＶパージを再実施し、本ルーチンの実行を一旦終了する。その後、燃料電池システムは、燃料電池１の発電運転に移行する。
If the determination result in step S204 indicates that the gas replacement is sufficient and it is not necessary to perform the OCV purge again, the execution of this routine is temporarily terminated. Thereafter, the fuel cell system shifts to the power generation operation of the
If the determination result in step S204 indicates that the gas replacement is insufficient and the OCV purge needs to be performed again, the process proceeds to step S205, where the
この実施例７の燃料電池システムによれば、燃料電池システムの起動時に、ＯＣＶパージが不足なく適正に行われることとなり、燃料電池１のアノードを含み燃料供給流路１７およびアノードオフガス流路１８が新たな水素に十分に置換されるので、燃料電池１の固体高分子電解質膜の劣化を防止することができ、発電運転に移行したときに安定した発電を行うことができる。
According to the fuel cell system of the seventh embodiment, when the fuel cell system is started, the OCV purge is properly performed without shortage, and the
次に、この発明に係る燃料電池システムの実施例８を図１３から図１６の図面を参照して説明する。
実施例８では、初回のＯＣＶパージを実施するまでに燃料電池システムを停止していた時間、初回のＯＣＶパージ開始時における燃料電池１のアノード出口圧力、初回のＯＣＶパージ開始時における希釈器１１の入口圧力、初回のＯＣＶパージ開始時に発生した単位時間当たりのアノード出口圧力の変化値に基づいて、初回のＯＣＶパージ終了時の燃料電池１のアノードにおける水素濃度を算出推定し、この推定水素濃度を、初回のＯＣＶパージ終了後に燃料電池１から排出されるガスの水素濃度の代わりに用いて、初回のＯＣＶパージで十分なガス置換が行われたか否かを判定する。
Next, an eighth embodiment of the fuel cell system according to the present invention will be described with reference to the drawings of FIGS.
In Example 8, the time during which the fuel cell system was stopped before the first OCV purge was performed, the anode outlet pressure of the
図１３は、初回のＯＣＶパージ終了時のアノードの水素濃度算出の原理を説明する図であり、初回のＯＣＶパージで供給される水素供給量をＱｉｎ（ＮＬ／ｍｓｅｃ）、初回のＯＣＶパージで排出されるガス量（パージ量）をＱｏｕｔ（ＮＬ／ｍｓｅｃ）、初回のＯＣＶパージ終了時における燃料電池１のアノードに存在する水素量をＭＨ２（ｍｏｌ）、初回のＯＣＶパージ終了時におけるアノードの水素濃度をＣＯＮＨ２（％）、燃料電池１のアノード出口圧力をＰＨ２ＳＴＫＩＮ（ｋＰａ）、アノード出口温度をＴ（Ｋ）、希釈器１１の入口圧力をＰＡＤＩＬＢＯＸ（ｋＰａ）、アノード（燃料流通路５）の体積をＶ（ＮＬ）、初回のＯＣＶパージ終了時にアノードに存在するガスのガス定数をＲとする。なお、ガス定数Ｒは、初期値として、後述の図１５に示されるアノード内部水素濃度マップを用いて水素濃度を求め、この水素濃度から得られる水素量を用いて、状態方程式により算出される。以降は都度、微小時間前のガス定数を設定しておく。
FIG. 13 is a diagram for explaining the principle of calculating the hydrogen concentration of the anode at the end of the first OCV purge. The hydrogen supply amount supplied by the first OCV purge is Qin (NL / msec) and discharged by the first OCV purge. Gas amount (purge amount) is Qout (NL / msec), the amount of hydrogen present at the anode of the
初めに、初回のＯＣＶパージ開始時における燃料電池１のアノード出口圧力ＰＨ２ＳＴＫＩＮと希釈器１１の入口圧力ＰＡＤＩＬＢＯＸとの差圧に基づき、図１４に示すパージ弁２１の流量特性マップを参照して、パージ量Ｑｏｕｔを算出する（Ｑｏｕｔ＝ｆ（ＰＨ２ＳＴＫＩＮ−ＰＡＤＩＬＢＯＸ））。なお、図１４に示す流量特性マップは、パージ弁２１の仕様（オリフィス径等）により予め決定されるものである。
First, referring to the flow characteristic map of the
次に、初回のＯＣＶパージで供給される水素供給量をＱｉｎを、初回のＯＣＶパージ初期に発生した単位時間当たりのアノード出口圧力の変化値ΔＰＨ２ＳＴＫＩＮと、前記パージ量Ｑｏｕｔから、式（１）に基づいて算出する。
Ｑｉｎ＝（（ΔＰＨ２ＳＴＫＩＮ）×Ｖ／ＲＴ）＋Ｑｏｕｔ ・・・ 式（１）
式（１）において、（（ΔＰＨ２ＳＴＫＩＮ）×Ｖ／ＲＴ）は圧力上昇に使われる分であり、Ｑｏｕｔは圧力を維持するために供給される分（換言すると捨てられる分）である。
Next, the hydrogen supply amount supplied in the first OCV purge is expressed as Qin, the change value ΔPH2STKIN of the anode outlet pressure per unit time generated in the initial stage of the first OCV purge, and the purge amount Qout to the equation (1). Calculate based on
Qin = ((ΔPH2STKIN) × V / RT) + Qout (1)
In the equation (1), ((ΔPH2STKIN) × V / RT) is a part used for increasing the pressure, and Qout is a part supplied to maintain the pressure (in other words, a part discarded).
次に、式（２）に基づいて、水素供給量Ｑｉｎから微小時間前のパージ量を減算して、アノード内部の水素の変化量ｄＭ／ｄｔを算出する。なお、微小時間前のパージ量は、微小時間前のアノード内部の水素濃度ＣＯＮＨ２’にパージ量Ｑｏｕｔを乗じて算出する。
ｄＭ／ｄｔ＝Ｑｉｎ−（ＣＯＮＨ２’／１００）×Ｑｏｕｔ ・・・ 式（２）
Next, based on the equation (2), the amount of change in hydrogen dM / dt inside the anode is calculated by subtracting the purge amount a minute before the hydrogen supply amount Qin. The purge amount before the minute time is calculated by multiplying the hydrogen concentration CON H2 ′ inside the anode before the minute time by the purge amount Qout.
dM / dt = Qin− (CON H2 ′ / 100) × Qout (2)
また、微小時間前のアノード内部の水素濃度ＣＯＮＨ２’の初期値は、初回のＯＣＶパージを開始する前のアノード内部の水素濃度であり、初回のＯＣＶパージを実施するまでに燃料電池システムを停止していた時間に基づき、図１５に示されるアノード内部水素濃度マップを参照して算出する。燃料電池システムを停止していた時間とアノード内部の水素濃度は一定の関係があり、燃料電池１のセルの仕様によって異なるので、予め使用する燃料電池１に応じたアノード内部水素濃度マップを実験等により求めておく。
In addition, the initial value of the hydrogen concentration CON H2 ′ inside the anode before the minute time is the hydrogen concentration inside the anode before starting the first OCV purge, and the fuel cell system is stopped before the first OCV purge is performed. Based on the measured time, calculation is made with reference to the anode internal hydrogen concentration map shown in FIG. The time during which the fuel cell system has been stopped and the hydrogen concentration inside the anode have a certain relationship, and vary depending on the cell specifications of the
次に、式（３）に基づいて、微小時間前の水素量ＭＨ２’とアノード内部の水素の変化量ｄＭ／ｄｔを加算して、ＯＣＶパージ終了後の水素量ＭＨ２を算出する。
ＭＨ２＝ＭＨ２’＋ｄＭ／ｄｔ ・・・ 式（３）
なお、初期値としての水素量ＭＨ２’は初期のアノード内部の水素濃度ＣＯＮＨ２とアノード体積Ｖから算出する。
次に、式（４）の状態方程式に基づいて、初回のＯＣＶパージ終了時における燃料電池１のアノード出口圧力ＰＨ２ＳＴＫＩＮとアノード出口温度Ｔから、初回のＯＣＶパージ終了時にアノードに存在するガスの全体の物質量を計算する。
Ｍ＝（ＰＨ２ＳＴＫＩＮ）×Ｖ／（Ｒ×Ｔ） ・・・ 式（４）
次に、式（５）に基づいて、ＯＣＶパージ終了時のアノード水素濃度ＣＯＮＨ２を算出する。
ＣＯＮＨ２＝（ＭＨ２／Ｍ）×１００ ・・・ 式（５）
Then, based on the equation (3), by adding the very small time before the amount of hydrogen M H2 'and the anode inside the variation dM / dt of hydrogen, to calculate the amount of hydrogen M H2 after completion OCV purge.
M H2 = M H2 '+ dM / dt (3)
The initial hydrogen amount M H2 ′ is calculated from the initial hydrogen concentration CON H2 inside the anode and the anode volume V.
Next, based on the state equation of the equation (4), from the anode outlet pressure PH2STKIN and the anode outlet temperature T of the
M = (PH2STKIN) × V / (R × T) (4)
Next, the anode hydrogen concentration CON H2 at the end of the OCV purge is calculated based on the equation (5).
CON H2 = (M H2 / M) × 100 (5)
図１６に、実施例８において用いられるＯＣＶパージ再実施判定マップの一例を示す。このマップでは、推定アノード水素濃度（図１４では推定内部水素濃度と記す）が９０％を越える領域を、ガス置換が十分に行われておりＯＣＶパージの再実施を不要とする領域（置換完了領域）とし、推定アノード水素濃度が９０％以下の領域を、ガス置換が不足でありＯＣＶパージの再実施を必要とする領域（置換不足領域）としている。但し、閾値である推定アノード水素濃度９０％は一例であり、これに限るものではない。 FIG. 16 shows an example of the OCV purge re-execution determination map used in the eighth embodiment. In this map, the region where the estimated anode hydrogen concentration (denoted as the estimated internal hydrogen concentration in FIG. 14) exceeds 90% is a region where the gas replacement is sufficiently performed and the OCV purge is not re-executed (the replacement completion region). ), And the region where the estimated anode hydrogen concentration is 90% or less is defined as a region where the gas replacement is insufficient and the OCV purge needs to be performed again (substitution insufficient region). However, the estimated anode hydrogen concentration of 90%, which is a threshold value, is an example and is not limited to this.
また、置換不足領域には、推定アノード水素濃度に基づいてＯＣＶパージ再実施時のパージ量を算出するためのマップが記載されている。ＯＣＶパージ再実施時のパージ量は、推定アノード水素濃度が小さくなるにしたがって大きくなるように設定されている。このマップ上のパージ量は、個々の燃料電池システムにより予め定められるものであり、希釈器１１の容量等も考慮して設定されている。この図１６に示されるＯＣＶ再実施判定マップが予め制御装置３０の記憶部に記憶されている。
In addition, a map for calculating the purge amount when the OCV purge is re-executed based on the estimated anode hydrogen concentration is described in the insufficient substitution region. The purge amount when the OCV purge is re-executed is set to increase as the estimated anode hydrogen concentration decreases. The purge amount on this map is predetermined by each fuel cell system, and is set in consideration of the capacity of the
実施例８におけるＯＣＶパージ制御を、図５のフローチャートを援用して説明すると、ステップＳ２０１，Ｓ２０２は実施例２の場合と同じであり、ステップＳ２０３において、推定アノード水素濃度を計算し、ステップＳ２０４において、計算された推定アノード水素濃度に基づき図１６マップを参照して、ＯＣＶパージの再実施が必要か否かを判定するとともに、再実施が必要と判定された場合には再実施時のパージ量を算出する。 The OCV purge control in the eighth embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. 5. Steps S201 and S202 are the same as those in the second embodiment. In step S203, the estimated anode hydrogen concentration is calculated, and in step S204. Referring to the map of FIG. 16 based on the calculated estimated anode hydrogen concentration, it is determined whether or not the OCV purge needs to be re-executed, and if it is determined that re-execution is necessary, the purge amount at the time of re-execution Is calculated.
ステップＳ２０４における判定結果が、ガス置換は十分でＯＣＶパージの再実施不要であるという場合には、本ルーチンの実行を一旦終了する。その後、燃料電池システムは、燃料電池１の発電運転に移行する。
また、ステップＳ２０４における判定結果が、ガス置換が不足でＯＣＶパージの再実施が必要であるという場合には、ステップＳ２０５に進み、燃料電池１から電流を引かない状態でパージ弁２１を開いて、算出された前記パージ量だけＯＣＶパージを再実施し、本ルーチンの実行を一旦終了する。その後、燃料電池システムは、燃料電池１の発電運転に移行する。
If the determination result in step S204 indicates that the gas replacement is sufficient and it is not necessary to perform the OCV purge again, the execution of this routine is temporarily terminated. Thereafter, the fuel cell system shifts to the power generation operation of the
If the determination result in step S204 indicates that the gas replacement is insufficient and the OCV purge needs to be performed again, the process proceeds to step S205, where the
この実施例８の燃料電池システムによれば、燃料電池システムの起動時に、ＯＣＶパージが不足なく適正に行われることとなり、燃料電池１のアノードを含み燃料供給流路１７およびアノードオフガス流路１８が新たな水素に十分に置換されるので、燃料電池１の固体高分子電解質膜の劣化を防止することができ、発電運転に移行したときに安定した発電を行うことができる。
According to the fuel cell system of the eighth embodiment, when the fuel cell system is started, the OCV purge is properly performed without shortage, and the
なお、実施例１における初回のＯＣＶパージ終了直後の燃料電池１のアノード電位と、実施例２から実施例８における初回のＯＣＶパージ終了時に燃料電池１から排出されるガスの水素濃度の計測値または推定値の両方を用いて、初回のＯＣＶパージで十分なガス置換が行われたか否かを判定することも可能である。図１７は、このようにした場合に用いられるＯＣＶパージ再実施判定マップの一例を示す。このマップでは、アノード電位が第１の所定値より下回るとともに、燃料電池１から排出されるガスの水素濃度が第２の所定値より上回る領域を、ガス置換が十分に行われておりＯＣＶパージの再実施を不要とする領域（置換完了領域）とし、これ以外の領域、すなわち、アノード電位が前記第１の所定値以上と燃料電池１から排出されるガスの水素濃度が前記第２の所定値以下の少なくともいずれか一方を満足する領域を、ガス置換が不足でありＯＣＶパージの再実施を必要とする領域（置換不足領域）としている。なお、ＯＣＶパージ再実施時のパージ量は、アノード電位または燃料電池１から排出されるガスの水素濃度に基づいて算出することができる。
The measured value of the anode potential of the
さらに、実施例２から実施例６では、燃料電池１から排出されるガスの水素濃度を用いていたが、ガスクロマトグラフ等による高純度ガスの計測が可能な水素濃度測定機器を使用可能な場合には、アノードオフガス流路１８に、または燃料供給流路１７であってアノードオフガス流路１８の合流箇所よりも下流の位置に、水素センサ２８（燃料濃度確認手段、図４参照）を配置して水素濃度を計測し、確認し、この水素濃度値を用いてＯＣＶパージの適正化に利用してもよい。
Furthermore, in Example 2 to Example 6, the hydrogen concentration of the gas discharged from the
すなわち、初回のＯＣＶパージ終了時に燃料電池１から排出され循環するガスの水素濃度を計測し、この水素濃度の計測値を、初回のＯＣＶパージで十分なガス置換が行われたか否かの判定に用いる。この判定は、例えば、実施例２で排出水素濃度値を用いた判定と入れ替えて利用することができる。
That is, the hydrogen concentration of the gas discharged from the
初回のＯＣＶパージで十分なガス置換が行われた場合には、初回のＯＣＶパージ終了後に燃料電池１から排出され循環するガスの水素濃度は１００％に近く、ガス置換が不十分な場合にはガスの水素濃度は低下する。このことから、図１８のＯＣＶパージ再実施判定マップの一例で示すように、計測水素濃度（燃料電池１から排出され循環するガスの水素濃度）が９０％を越える領域を、ガス置換が十分に行われておりＯＣＶパージの再実施を不要とする領域（置換完了領域）とし、計測水素濃度が９０％以下の領域を、ガス置換が不足でありＯＣＶパージの再実施を必要とする領域（置換不足領域）として用いることができる。
When sufficient gas replacement is performed in the first OCV purge, the hydrogen concentration of the gas exhausted from the
図１８に示すＯＣＶパージ再実施判定マップの置換不足領域には、計測水素濃度に基づいてＯＣＶパージ再実施時のパージ量（ガス置換量）を算出することができるようにマップが記載されている点は、図６と同様である。このマップ上のパージ量は、個々の燃料電池システムによりテスト等で予め定められるものであり、図１８に示されるＯＣＶ再実施判定マップが予め制御装置３０の記憶部に記憶されている。
In the under-replacement region of the OCV purge re-execution determination map shown in FIG. 18, a map is written so that the purge amount (gas replacement amount) at the time of OCV purge re-execution can be calculated based on the measured hydrogen concentration. The point is the same as in FIG. The purge amount on the map is predetermined by a test or the like by each fuel cell system, and the OCV re-execution determination map shown in FIG. 18 is stored in the storage unit of the
こうした判定方法を用いた燃料電池システムによれば、燃料電池を循環する水素の濃度を空気で希釈しない状態で直接計測していることから、燃料電池システムの起動時に、ＯＣＶパージが不足なく、よりいっそう適正に行われることとなる。したがって、燃料電池１の固体高分子電解質膜の劣化をさらに防止することができ、発電運転に移行したときにもことさら安定した発電状態を得ることができる。
According to the fuel cell system using such a determination method, since the concentration of hydrogen circulating in the fuel cell is directly measured without being diluted with air, there is no shortage of OCV purge when the fuel cell system is started. It will be done more properly. Therefore, the deterioration of the solid polymer electrolyte membrane of the
１ 燃料電池
１４ 参照電極（アノード電位計測手段）
１７ 燃料供給流路（燃料流路）
１８ アノードオフガス流路（燃料流路）
２０ 遮断弁（燃料流路ガス置換手段）
２１ パージ弁（燃料流路ガス置換手段）
２５ 電圧センサ（電圧計測手段）
２６ 水素フローメータ（燃料供給量計測手段）
２７ 差圧センサ（燃料差圧計測手段）
２４，２８ 水素センサ（燃料濃度確認手段）
３０ 制御装置（制御部）
３２ 水素ポンプ（燃料ポンプ）
３３ 消費電力計測手段
1
17 Fuel supply channel (fuel channel)
18 Anode off-gas flow path (fuel flow path)
20 Shut-off valve (fuel flow path gas replacement means)
21 Purge valve (Fuel flow path gas replacement means)
25 Voltage sensor (voltage measuring means)
26 Hydrogen flow meter (Fuel supply measuring means)
27 Differential pressure sensor (fuel differential pressure measuring means)
24, 28 Hydrogen sensor (Fuel concentration confirmation means)
30 Control device (control unit)
32 Hydrogen pump (fuel pump)
33 Power consumption measuring means
Claims (7)
前記燃料電池に燃料を供給する燃料流路と、
前記燃料流路内の流体を新たな燃料により置き換える燃料流路ガス置換手段と、
前記燃料電池の前記アノードの電位を計測するアノード電位計測手段と、
前記燃料流路ガス置換手段を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池の起動時に、前記燃料流路ガス置換手段により前記燃料流路の初回のガス置換を行った後、前記アノード電位計測手段によって前記アノードの電位を計測し、このアノード電位の計測値が閾値以上の場合に、予め定められたアノード電位とガス置換量との関係に基づいて前記計測値に応じたガス置換量を求め、求められたガス置換量で前記燃料流路のガス置換を再度実施するように前記燃料流路ガス置換手段を制御することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell having a solid polymer electrolyte membrane and generating power by supplying fuel to the anode and oxidant to the cathode; and
A fuel flow path for supplying fuel to the fuel cell;
Fuel channel gas replacement means for replacing the fluid in the fuel channel with new fuel;
Anode potential measuring means for measuring the potential of the anode of the fuel cell;
A controller for controlling the fuel flow path gas replacement means;
With
The controller performs the initial gas replacement of the fuel flow path by the fuel flow path gas replacement means at the time of startup of the fuel cell, and then measures the potential of the anode by the anode potential measurement means. When the measured value of the potential is equal to or greater than the threshold value, a gas replacement amount corresponding to the measured value is obtained based on a predetermined relationship between the anode potential and the gas replacement amount, and the fuel flow path is obtained with the obtained gas replacement amount. A fuel cell system, wherein the fuel passage gas replacement means is controlled so as to perform the gas replacement again.
前記燃料電池に燃料を供給する燃料流路と、
前記燃料流路内の流体を新たな燃料により置き換える燃料流路ガス置換手段と、
前記燃料電池から排出された燃料の濃度を確認する燃料濃度確認手段と、
前記燃料流路ガス置換手段を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池の起動時に、前記燃料流路ガス置換手段により前記燃料流路の初回のガス置換を行った後、前記燃料濃度確認手段によって前記燃料電池から排出される燃料の濃度を確認し、確認された燃料濃度値が閾値以下の場合に、予め定められた燃料濃度とガス置換量との関係に基づいて前記燃料濃度値に応じたガス置換量を求め、求められたガス置換量で前記燃料流路のガス置換を再度実施するように前記燃料流路ガス置換手段を制御することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell having a solid polymer electrolyte membrane and generating power by supplying fuel to the anode and oxidant to the cathode; and
A fuel flow path for supplying fuel to the fuel cell;
Fuel channel gas replacement means for replacing the fluid in the fuel channel with new fuel;
Fuel concentration confirmation means for confirming the concentration of fuel discharged from the fuel cell;
A controller for controlling the fuel flow path gas replacement means;
With
The control unit performs the initial gas replacement of the fuel flow path by the fuel flow path gas replacement means at the time of startup of the fuel cell, and then the concentration of fuel discharged from the fuel cell by the fuel concentration check means When the confirmed fuel concentration value is less than or equal to the threshold value, a gas replacement amount corresponding to the fuel concentration value is obtained based on a predetermined relationship between the fuel concentration and the gas replacement amount, and the obtained gas A fuel cell system, wherein the fuel flow path gas replacement means is controlled so that gas replacement of the fuel flow path is performed again with a replacement amount.
前記燃料電池に燃料を供給する燃料流路と、
前記燃料流路内の流体を新たな燃料により置き換える燃料流路ガス置換手段と、
前記燃料電池から排出された燃料を前記燃料流路に合流させる燃料循環路と、
前記燃料循環路または前記燃料流路であって前記燃料循環路との合流箇所より下流側における燃料の濃度を確認する燃料濃度確認手段と、
前記燃料流路ガス置換手段を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池の起動時に、前記燃料流路ガス置換手段により前記燃料流路の初回のガス置換を行った後、前記燃料濃度確認手段によって前記燃料の濃度を確認し、確認された燃料濃度値が閾値以下の場合に、予め定められた燃料濃度とガス置換量との関係に基づいて前記燃料濃度値に応じたガス置換量を求め、求められたガス置換量で前記燃料流路のガス置換を再度実施するように前記燃料流路ガス置換手段を制御することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell having a solid polymer electrolyte membrane and generating power by supplying fuel to the anode and oxidant to the cathode; and
A fuel flow path for supplying fuel to the fuel cell;
Fuel channel gas replacement means for replacing the fluid in the fuel channel with new fuel;
A fuel circulation path for joining the fuel discharged from the fuel cell to the fuel flow path;
Fuel concentration confirmation means for confirming the concentration of fuel downstream of the fuel circulation path or the fuel flow path and where the fuel circulation path joins;
A controller for controlling the fuel flow path gas replacement means;
With
The control unit performs the initial gas replacement of the fuel flow path by the fuel flow path gas replacement means when the fuel cell is started up, and then confirms and confirms the fuel concentration by the fuel concentration check means. When the fuel concentration value is less than or equal to the threshold value, a gas replacement amount corresponding to the fuel concentration value is obtained based on a predetermined relationship between the fuel concentration and the gas replacement amount, and the fuel flow is calculated with the obtained gas replacement amount. A fuel cell system, wherein the fuel flow path gas replacement means is controlled so as to perform the gas replacement of the passage again.
前記燃料電池に燃料を供給する燃料流路と、
前記燃料流路内の流体を新たな燃料により置き換える燃料流路ガス置換手段と、
前記燃料電池の電圧を計測する電圧計測手段と、
前記燃料流路ガス置換手段を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池の起動時に、前記燃料流路ガス置換手段により前記燃料流路の初回のガス置換を行った後、前記電圧計測手段によって前記燃料電池の電圧を計測し、この電圧の計測値が閾値以下の場合に、予め定められた電圧とガス置換量との関係に基づいて前記計測値に応じたガス置換量を求め、求められたガス置換量で前記燃料流路のガス置換を再度実施するように前記燃料流路ガス置換手段を制御することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell having a solid polymer electrolyte membrane and generating power by supplying fuel to the anode and oxidant to the cathode; and
A fuel flow path for supplying fuel to the fuel cell;
Fuel channel gas replacement means for replacing the fluid in the fuel channel with new fuel;
Voltage measuring means for measuring the voltage of the fuel cell;
A controller for controlling the fuel flow path gas replacement means;
With
The control unit measures the voltage of the fuel cell by the voltage measuring unit after performing the initial gas replacement of the fuel channel by the fuel channel gas replacement unit at the time of startup of the fuel cell. When the measured value is less than or equal to the threshold value, the gas replacement amount corresponding to the measured value is obtained based on the relationship between the predetermined voltage and the gas replacement amount, and the gas in the fuel flow path is obtained with the obtained gas replacement amount. A fuel cell system, wherein the fuel flow path gas replacement means is controlled to perform replacement again.
前記燃料電池に燃料を供給する燃料流路と、
前記燃料流路内の流体を新たな燃料により置き換える燃料流路ガス置換手段と、
前記燃料電池への燃料供給量を計測する燃料供給量計測手段と、
前記燃料流路ガス置換手段を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池の起動時に、前記燃料流路ガス置換手段により前記燃料流路の初回のガス置換を行い、この初回のガス置換の開始から終了までに前記燃料流路に供給された燃料供給量を前記燃料供給量計測手段によって計測し、この燃料供給量の計測値と設定ガス供給量との割合が閾値以下の場合に、予め定められた前記割合とガス置換量との関係に基づいて前記割合に応じたガス置換量を求め、求められたガス置換量で前記燃料流路のガス置換を再度実施するように前記燃料流路ガス置換手段を制御することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell having a solid polymer electrolyte membrane and generating power by supplying fuel to the anode and oxidant to the cathode; and
A fuel flow path for supplying fuel to the fuel cell;
Fuel channel gas replacement means for replacing the fluid in the fuel channel with new fuel;
Fuel supply amount measuring means for measuring the fuel supply amount to the fuel cell;
A controller for controlling the fuel flow path gas replacement means;
With
The control unit performs the first gas replacement of the fuel flow path by the fuel flow path gas replacement means when the fuel cell is started up, and is supplied to the fuel flow path from the start to the end of the first gas replacement. The fuel supply amount is measured by the fuel supply amount measuring means, and when the ratio between the measured value of the fuel supply amount and the set gas supply amount is equal to or less than a threshold value, the relationship between the predetermined ratio and the gas replacement amount And determining the gas replacement amount according to the ratio, and controlling the fuel flow path gas replacement means so as to perform gas replacement of the fuel flow path again with the determined gas replacement amount. Battery system.
前記燃料電池に燃料を循環しつつ供給する燃料流路と、
前記燃料流路内の流体を新たな燃料により置き換える燃料流路ガス置換手段と、
前記燃料電池の燃料入口圧力と燃料出口圧力との圧力差を計測する燃料差圧計測手段と、
前記燃料流路ガス置換手段を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池の起動時に、前記燃料流路ガス置換手段により前記燃料流路の初回のガス置換を行い、この初回のガス置換終了時における前記燃料入口圧力と燃料出口圧力との圧力差を前記燃料差圧計測手段によって計測し、この圧力差の計測値が閾値以上の場合に、予め定められた圧力差とガス置換量との関係に基づいて前記計測値に応じたガス置換量を求め、求められたガス置換量で前記燃料流路のガス置換を再度実施するように前記燃料流路ガス置換手段を制御することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell having a solid polymer electrolyte membrane and generating power by supplying fuel to the anode and oxidant to the cathode; and
A fuel flow path for supplying fuel to the fuel cell while circulating it;
Fuel channel gas replacement means for replacing the fluid in the fuel channel with new fuel;
Fuel differential pressure measuring means for measuring a pressure difference between a fuel inlet pressure and a fuel outlet pressure of the fuel cell;
A controller for controlling the fuel flow path gas replacement means;
With
The control unit performs the initial gas replacement of the fuel flow path by the fuel flow path gas replacement means when the fuel cell is started up, and the fuel inlet pressure and the fuel outlet pressure at the end of the initial gas replacement. When the pressure difference is measured by the fuel differential pressure measuring means and the measured value of the pressure difference is equal to or greater than the threshold value, the gas replacement according to the measured value is performed based on the relationship between the predetermined pressure difference and the gas replacement amount. The fuel cell system is characterized in that the fuel flow path gas replacement means is controlled so as to determine the amount and perform the gas replacement of the fuel flow path again with the determined gas replacement amount.
前記燃料電池に燃料を循環しつつ供給する燃料流路と、
前記燃料流路内の流体を新たな燃料により置き換える燃料流路ガス置換手段と、
前記燃料流路上に配置された燃料ポンプと、
前記燃料ポンプの消費電力を計測するポンプ消費電力計測手段と、
前記燃料流路ガス置換手段を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池の起動時に、前記燃料流路ガス置換手段により前記燃料流路の初回のガス置換を行い、この初回のガス置換の開始から終了までの前記燃料ポンプの消費電力を前記ポンプ消費電力計測手段によって計測し、この消費電力の計測値が閾値以上の場合に、予め定められた消費電力量とガス置換量との関係に基づいて前記計測値に応じたガス置換量を求め、求められたガス置換量で前記燃料流路のガス置換を再度実施するように前記燃料流路ガス置換手段を制御することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell having a solid polymer electrolyte membrane and generating power by supplying fuel to the anode and oxidant to the cathode; and
A fuel flow path for supplying fuel to the fuel cell while circulating it;
Fuel channel gas replacement means for replacing the fluid in the fuel channel with new fuel;
A fuel pump disposed on the fuel flow path;
Pump power consumption measuring means for measuring the power consumption of the fuel pump;
A controller for controlling the fuel flow path gas replacement means;
With
The control unit performs the initial gas replacement of the fuel flow path by the fuel flow path gas replacement means when starting the fuel cell, and calculates the power consumption of the fuel pump from the start to the end of the first gas replacement. When the measured value of the power consumption is measured by the pump power consumption measuring means and the measured value of the power consumption is equal to or greater than the threshold value, the gas replacement amount corresponding to the measured value is calculated based on a predetermined relationship between the power consumption amount and the gas replacement amount. A fuel cell system, wherein the fuel flow path gas replacement means is controlled so as to perform gas replacement of the fuel flow path again with the determined gas replacement amount.
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