JP2012099255A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system that can reduce time and power required to raise the rotating speed of a pump to a predetermined rotating speed in starting the pump.SOLUTION: Prior to starting a fuel supply pump 18, a fuel cell system 1 controls a DC/DC converter 31 to generate power by using a hydrazine hydrate remaining in a fuel passage 8 in a fuel cell 2, so that the hydrazine hydrate in the fuel passage 8 contains bubbles of nitrogen gas resulting from the power generation. The bubbles contained in the hydrazine hydrate in the fuel passage 8 reduce the density of the hydrazine hydrate in the fuel passage 8 to thereby reduce a resistance (line resistance) to the hydrazine hydrate flowing in the fuel passage 8 when the fuel supply pump 18 is started.

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system.

近年、省エネルギー化および環境対策の観点から、自動車用や家庭用の発電装置として、燃料電池システムが非常に注目を集めている。   In recent years, fuel cell systems have attracted a great deal of attention as power generators for automobiles and households from the viewpoint of energy saving and environmental measures.

燃料電池は、たとえば、固体高分子膜をアノード（燃料極）およびカソード（酸素極）で挟み込んだ構造の膜／電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を備えている。燃料電池には、燃料供給口および燃料排出口が形成されている。燃料供給口および燃料排出口には、それぞれ燃料循環ラインの一端および他端が接続されている。燃料循環ラインの途中部には、ポンプが介装されている。このポンプが駆動されると、燃料循環ラインを燃料が燃料電池の燃料供給口に向けて流れる。また、燃料電池には、空気供給口および空気排出口が形成されている。空気供給口には、エアコンプレッサから延びる空気供給ラインが接続されている。ポンプが駆動されて、燃料循環ラインから燃料供給口を介してアノードに燃料が供給されるとともに、エアコンプレッサが駆動されて、空気供給ラインから空気供給口を介してカソードに空気が供給されると、電気化学反応が生じ、アノードとカソードとの間に起電力が発生する。未反応の燃料および空気は、それぞれ燃料排出口および空気排出口を介して燃料電池から排出される。   The fuel cell includes, for example, a membrane / electrode assembly (MEA) having a structure in which a solid polymer membrane is sandwiched between an anode (fuel electrode) and a cathode (oxygen electrode). The fuel cell is formed with a fuel supply port and a fuel discharge port. One end and the other end of the fuel circulation line are connected to the fuel supply port and the fuel discharge port, respectively. A pump is interposed in the middle of the fuel circulation line. When this pump is driven, fuel flows through the fuel circulation line toward the fuel supply port of the fuel cell. The fuel cell has an air supply port and an air discharge port. An air supply line extending from the air compressor is connected to the air supply port. When the pump is driven and fuel is supplied from the fuel circulation line to the anode via the fuel supply port, and the air compressor is driven and air is supplied from the air supply line to the cathode via the air supply port. An electrochemical reaction occurs, and an electromotive force is generated between the anode and the cathode. Unreacted fuel and air are discharged from the fuel cell via the fuel outlet and the air outlet, respectively.

特許第３７５３０５５号公報Japanese Patent No. 3753055

このような燃料電池システムでは、燃料電池で大電流を発生させるためには、ポンプ（ポンプモータ）を２０００〜３０００ｒｐｍの高回転数で回転させる必要があるが、ポンプの回転数がその高回転数まで上昇するのには、長い時間および大きな電力を要する。   In such a fuel cell system, in order to generate a large current in the fuel cell, it is necessary to rotate the pump (pump motor) at a high rotational speed of 2000 to 3000 rpm, but the rotational speed of the pump is high. It takes a long time and a large amount of power to rise.

本発明の目的は、ポンプの始動時に、ポンプの回転数が所定の回転数まで上昇するのに要する時間および電力を低減することができる、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 can reduce the time and power required for the pump speed to increase to a predetermined speed when the pump is started.

前記の目的を達成するため、本発明は、燃料電池システムにおいて、燃料流路を有する燃料電池と、前記燃料流路に接続され、前記燃料流路に供給される液体燃料が流通する燃料供給路と、前記燃料供給路に介装され、前記燃料流路に向けて燃料を送るポンプと、前記燃料流路内の液体燃料中に気泡を含有させる気泡含有手段と、前記ポンプおよび前記気泡含有手段を制御して、前記燃料流路内の液体燃料中に気泡を含有させた後に、前記ポンプを始動させる制御手段とを備えることを特徴としている。   In order to achieve the above object, the present invention provides a fuel cell system having a fuel cell having a fuel channel, and a fuel supply channel connected to the fuel channel and through which liquid fuel supplied to the fuel channel flows. A pump that is interposed in the fuel supply path and sends fuel toward the fuel flow path, a bubble-containing means for containing bubbles in the liquid fuel in the fuel flow path, the pump and the bubble-containing means And controlling means for starting the pump after bubbles are contained in the liquid fuel in the fuel flow path.

燃料電池の燃料流路には、燃料供給路が接続されている。燃料供給路には、ポンプが介装されている。このポンプの働きにより、燃料供給路内の液体燃料が燃料流路に向けて送られ、燃料供給路および燃料流路を液体燃料が流れる。   A fuel supply path is connected to the fuel flow path of the fuel cell. A pump is interposed in the fuel supply path. By the action of the pump, the liquid fuel in the fuel supply path is sent toward the fuel flow path, and the liquid fuel flows through the fuel supply path and the fuel flow path.

この燃料電池システムでは、ポンプの始動に先立ち、気泡含有手段が制御されて、燃料流路内の液体燃料が気泡を含有した状態にされる。燃料流路内の液体燃料が気泡を含有することにより、燃料流路内における液体燃料の密度が減少する。そのため、ポンプの始動時に、燃料流路を流れる液体燃料が受ける抵抗（管路抵抗）を下げることができる。その結果、ポンプの始動時に、ポンプにかかる負荷を低減することができるので、ポンプの回転数が所定の回転数まで上昇するのに要する時間および電力を低減することができる。   In this fuel cell system, prior to starting the pump, the bubble-containing means is controlled so that the liquid fuel in the fuel flow path contains bubbles. When the liquid fuel in the fuel flow path contains bubbles, the density of the liquid fuel in the fuel flow path is reduced. For this reason, it is possible to reduce the resistance (pipe line resistance) received by the liquid fuel flowing through the fuel flow path when the pump is started. As a result, since the load applied to the pump can be reduced when the pump is started, it is possible to reduce the time and power required for the pump speed to rise to a predetermined speed.

本発明によれば、ポンプの始動に先立ち、燃料流路内の液体燃料が気泡を含有することにより、ポンプの始動時に、ポンプにかかる負荷を低減することができる。その結果、ポンプの回転数が所定の回転数まで上昇するのに要する時間および電力を低減することができる。   According to the present invention, the load applied to the pump at the start of the pump can be reduced because the liquid fuel in the fuel flow path contains bubbles prior to the start of the pump. As a result, it is possible to reduce the time and power required for the pump speed to rise to a predetermined speed.

図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 図２は、図１に示される電子制御ユニットにより実行される発電制御のフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart of power generation control executed by the electronic control unit shown in FIG. 図３は、発電制御時の発電指令、発電電流、ポンプ回転数およびポンプ消費電力のタイミングチャートである。FIG. 3 is a timing chart of a power generation command, power generation current, pump rotation speed, and pump power consumption during power generation control.

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

燃料電池システム１は、たとえば、自動車に搭載されて、走行用モータＭに供給される駆動電流を発生する。   The fuel cell system 1 is mounted on, for example, an automobile and generates a drive current supplied to the traveling motor M.

燃料電池システム１は、燃料電池２を備えている。燃料電池２は、膜／電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）３を１つのセルとして、複数の膜／電極接合体３がセパレータ４を挟んで積層された、いわゆるセルスタック構造を有している。   The fuel cell system 1 includes a fuel cell 2. The fuel cell 2 has a so-called cell stack structure in which a membrane / electrode assembly (MEA) 3 is used as one cell and a plurality of membrane / electrode assemblies 3 are stacked with a separator 4 interposed therebetween. Yes.

膜／電極接合体３は、固体高分子膜５と、固体高分子膜５の一方側および他方側にそれぞれ接合されたアノード（燃料極）６およびカソード（酸素極）７とを備えている。固体高分子膜５は、たとえば、アニオン（ＯＨ−）を透過させる性質を有している。 The membrane / electrode assembly 3 includes a solid polymer membrane 5, and an anode (fuel electrode) 6 and a cathode (oxygen electrode) 7 joined to one side and the other side of the solid polymer membrane 5, respectively. The solid polymer film 5 has, for example, a property of transmitting anions (OH − ).

セパレータ４におけるアノード６と対向する面には、液体燃料が流通する燃料流路８が形成されている。一方、セパレータ４におけるカソード７と対向する面には、空気が流通する空気流路９が形成されている。燃料流路８および空気流路９は、たとえば、葛折り状に屈曲している。   A fuel flow path 8 through which liquid fuel flows is formed on the surface of the separator 4 facing the anode 6. On the other hand, an air flow path 9 through which air flows is formed on the surface of the separator 4 facing the cathode 7. The fuel flow path 8 and the air flow path 9 are bent in a distorted manner, for example.

燃料流路８の一端および他端は、それぞれ燃料供給口および燃料排出口をなしている。燃料電池２は、燃料排出口が燃料供給口よりも高い位置に配置されるように設けられている。燃料供給口および燃料排出口には、それぞれ燃料循環路１０の一端および他端が接続されている。燃料流路８には、燃料循環路１０から燃料供給口を介して、液体燃料の一例である水加ヒドラジン（ＮＨ２ＮＨ２・Ｈ２Ｏ）が供給される。 One end and the other end of the fuel flow path 8 form a fuel supply port and a fuel discharge port, respectively. The fuel cell 2 is provided such that the fuel discharge port is disposed at a position higher than the fuel supply port. One end and the other end of the fuel circulation path 10 are connected to the fuel supply port and the fuel discharge port, respectively. Hydrogenated hydrazine (NH 2 NH 2 .H 2 O), which is an example of liquid fuel, is supplied to the fuel flow path 8 from the fuel circulation path 10 through the fuel supply port.

空気流路９の一端および他端は、それぞれ空気供給口および空気排出口をなしている。空気供給口および空気排出口には、それぞれ空気供給路１１および空気排出路１２が接続されている。空気流路９には、空気供給路１１から空気供給口を介して、空気が供給される。   One end and the other end of the air flow path 9 form an air supply port and an air discharge port, respectively. An air supply path 11 and an air discharge path 12 are connected to the air supply port and the air discharge port, respectively. Air is supplied to the air flow path 9 from the air supply path 11 via the air supply port.

燃料流路８中の水加ヒドラジンは、アノード６での反応に使われる。すなわち、アノード６において、反応式（１）で示される反応が生じ、窒素ガス（Ｎ２）、水（Ｈ２Ｏ）および電子（ｅ−）が生成される。電子は、後述の負極配線３２および正極配線３３を介して、カソード７に移動する。一方、空気流路９中の空気に含まれる酸素および水は、カソード７での反応に使われる。すなわち、カソード７では、反応式（２）で示される反応が生じ、アニオン（ＯＨ−）が生成される。アニオンは、固体高分子膜５を透過して、アノード６に移動する。 The hydrazine hydrate in the fuel flow path 8 is used for the reaction at the anode 6. That is, at the anode 6, the reaction represented by the reaction formula (1) occurs, and nitrogen gas (N 2 ), water (H 2 O), and electrons (e − ) are generated. The electrons move to the cathode 7 via a negative electrode wiring 32 and a positive electrode wiring 33 described later. On the other hand, oxygen and water contained in the air in the air flow path 9 are used for the reaction at the cathode 7. That is, at the cathode 7, the reaction represented by the reaction formula (2) occurs, and an anion (OH − ) is generated. The anion passes through the solid polymer membrane 5 and moves to the anode 6.

ＮＨ２ＮＨ２＋４ＯＨ−→Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ＋４ｅ− ・・・（１）
Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ− ・・・（２）
この結果、アノード６とカソード７との間に、電気化学反応による起電力が発生する。 NH 2 NH 2 + 4OH − → N 2 + 4H 2 O + 4e − (1)
O 2 + 2H 2 O + 4e − → 4OH − (2)
As a result, an electromotive force is generated between the anode 6 and the cathode 7 due to an electrochemical reaction.

燃料循環路１０の途中部には、気液分離器１３が介裝されている。これにより、燃料循環路１０は、燃料流路８の燃料排出口と気液分離器１３との間の燃料排出路１４および気液分離器１３と燃料流路８の燃料供給口との間の燃料供給路１５に分割されている。   A gas-liquid separator 13 is interposed in the middle of the fuel circulation path 10. Thereby, the fuel circulation path 10 is provided between the fuel discharge path 14 between the fuel discharge port of the fuel flow path 8 and the gas-liquid separator 13 and between the gas-liquid separator 13 and the fuel supply port of the fuel flow path 8. The fuel supply passage 15 is divided.

アノード６での反応により生成される窒素ガスおよび水は、未反応の水加ヒドラジンとともに、燃料流路８から燃料排出路１４に排出される。そして、燃料排出路１４を流れる水加ヒドラジンおよび窒素ガスは、気液分離器１３内に流入し、気液分離器１３内で互いに分離（気液分離）される。そして、水加ヒドラジンは、気液分離器１３から燃料供給路１５に流出し（燃料循環路１０に戻され）、窒素ガスは、気液分離器１３からガス放出管１６を通して大気に放出される。ガス放出管１６には、窒素ガスの放出およびその停止を切り替えるためのガス放出バルブ１７が介裝されている。   Nitrogen gas and water produced by the reaction at the anode 6 are discharged from the fuel flow path 8 to the fuel discharge path 14 together with unreacted hydrazine. Then, the hydrazine hydrate and nitrogen gas flowing through the fuel discharge path 14 flow into the gas-liquid separator 13 and are separated (gas-liquid separation) from each other in the gas-liquid separator 13. The hydrated hydrazine flows out from the gas-liquid separator 13 to the fuel supply path 15 (returned to the fuel circulation path 10), and the nitrogen gas is released from the gas-liquid separator 13 through the gas discharge pipe 16 to the atmosphere. . The gas discharge pipe 16 is provided with a gas discharge valve 17 for switching between discharge and stoppage of nitrogen gas.

燃料供給路１５（燃料循環路１０における気液分離器１３と燃料流路８の燃料供給口との間の部分）には、燃料供給ポンプ１８が介裝されている。燃料供給ポンプ１８が駆動されると、燃料供給ポンプ１８の作用により、燃料供給路１５中の水加ヒドラジンが燃料流路８の燃料供給口に向けて送られる。これにより、燃料流路８および燃料循環路１０を水加ヒドラジンが流れる（循環する）。   A fuel supply pump 18 is interposed in the fuel supply path 15 (a portion between the gas-liquid separator 13 in the fuel circulation path 10 and the fuel supply port of the fuel flow path 8). When the fuel supply pump 18 is driven, the hydrazine in the fuel supply path 15 is sent toward the fuel supply port of the fuel flow path 8 by the action of the fuel supply pump 18. Thereby, the hydrazine hydrate flows (circulates) through the fuel flow path 8 and the fuel circulation path 10.

また、燃料供給路１５には、気液分離器１３と燃料供給ポンプ１８との間において、燃料タンク１９から延びる燃料補給管２０が接続されている。燃料タンク１９には、水加ヒドラジンが貯留されている。燃料補給管２０の途中部には、燃料補給バルブ２１が介装されている。燃料補給バルブ２１が開かれると、燃料タンク１９から燃料補給管２０を通して燃料供給路１５に水加ヒドラジンが供給される。   A fuel supply pipe 20 extending from the fuel tank 19 is connected to the fuel supply path 15 between the gas-liquid separator 13 and the fuel supply pump 18. Hydrogenated hydrazine is stored in the fuel tank 19. A fuel supply valve 21 is interposed in the middle of the fuel supply pipe 20. When the fuel supply valve 21 is opened, hydrazine hydrate is supplied from the fuel tank 19 through the fuel supply pipe 20 to the fuel supply path 15.

燃料補給ポンプ２１は、たとえば、燃料循環路１０を流れる水加ヒドラジンの濃度が所定の下限濃度より低下すると駆動される。そして、燃料補給管２０から燃料循環路１０に水加ヒドラジンが供給されることにより、燃料循環路１０を流れる水加ヒドラジンの濃度が所定の上限濃度に達すると、燃料補給ポンプ２１の駆動が停止される。   The fuel supply pump 21 is driven when, for example, the concentration of the hydrated hydrazine flowing through the fuel circulation path 10 falls below a predetermined lower limit concentration. When the hydrazine hydrate is supplied from the fuel supply pipe 20 to the fuel circulation path 10 and the concentration of the hydrazine hydrate flowing through the fuel circulation path 10 reaches a predetermined upper limit concentration, the driving of the fuel supply pump 21 is stopped. Is done.

空気供給路１１は、エアコンプレッサ２２から延び、その先端が空気流路９に接続されている。エアコンプレッサ２２が駆動されると、エアコンプレッサ２２の作用により、空気が空気供給路１１を空気流路９に向けて流れ、空気供給路１１から空気流路９に空気が供給される。   The air supply path 11 extends from the air compressor 22, and the tip thereof is connected to the air flow path 9. When the air compressor 22 is driven, air flows through the air supply path 11 toward the air flow path 9 by the action of the air compressor 22, and air is supplied from the air supply path 11 to the air flow path 9.

また、燃料電池２には、冷却水流路（図示せず）が形成されている。冷却水流路には、冷却水循環路２３が接続されている。冷却水循環路２３には、冷却水ポンプ２４およびラジエータ２５が介裝されている。冷却水ポンプ２４が駆動されると、冷却水ポンプ２４の作用により、冷却水が冷却水循環路２３を冷却水流路に向けて流れる。そして、冷却水は、冷却水循環路２３から冷却水流路に供給され、冷却水流路を流れ、冷却水流路から冷却水循環路２３に排出される。これにより、冷却水流路および冷却水循環路２３を冷却水が循環し、燃料電池２が冷却される。   The fuel cell 2 is formed with a cooling water flow path (not shown). A cooling water circulation path 23 is connected to the cooling water path. A cooling water pump 24 and a radiator 25 are interposed in the cooling water circulation path 23. When the cooling water pump 24 is driven, the cooling water flows through the cooling water circulation path 23 toward the cooling water flow path by the action of the cooling water pump 24. Then, the cooling water is supplied from the cooling water circulation path 23 to the cooling water flow path, flows through the cooling water flow path, and is discharged from the cooling water flow path to the cooling water circulation path 23. Thereby, the cooling water circulates through the cooling water flow path and the cooling water circulation path 23, and the fuel cell 2 is cooled.

また、燃料電池システム１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を備えている。燃料電池２のアノード６およびカソード７は、それぞれ負極配線３２および正極配線３３を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１に接続されている。燃料電池２で発生する直流電力（直流電流×直流電圧）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１に入力される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、燃料電池２から入力される直流電圧を変圧する機能と、燃料電池２から入力される直流電力のインバータ３４および／または車載バッテリ（図示せず）への出力およびその停止を切り替える機能とを有している。   The fuel cell system 1 includes a DC / DC converter 31. The anode 6 and the cathode 7 of the fuel cell 2 are connected to a DC / DC converter 31 via a negative electrode wiring 32 and a positive electrode wiring 33, respectively. DC power (DC current × DC voltage) generated in the fuel cell 2 is input to the DC / DC converter 31. The DC / DC converter 31 has a function of transforming a DC voltage input from the fuel cell 2, and outputs and stops the DC power input from the fuel cell 2 to the inverter 34 and / or an in-vehicle battery (not shown). And a function of switching between.

ＤＣ／ＤＣコンバータ３１からインバータ３４に直流電力が入力されると、インバータ３４により、直流電流が三相交流電流に変換されて、走行用モータＭに駆動電流として供給される。   When DC power is input from the DC / DC converter 31 to the inverter 34, the inverter 34 converts the DC current into a three-phase AC current and supplies it to the traveling motor M as a drive current.

そして、燃料電池システム１は、ＣＰＵおよびメモリなどを含む構成の電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）４１を備えている。電子制御ユニット４１には、燃料電池２から出力される直流電流の電流値を検出する電流センサ４２が接続されている。電子制御ユニット４１は、メモリに格納されたプログラムに従って、ガス放出バルブ１７および燃料補給バルブ２１の開閉および燃料供給ポンプ１８、エアコンプレッサ２２および冷却水ポンプ２４の駆動を制御し、また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１およびインバータ３４に含まれるスイッチング素子（ダイオードなど）のオン／オフを制御する。   The fuel cell system 1 includes an electronic control unit (ECU) 41 having a configuration including a CPU and a memory. The electronic control unit 41 is connected to a current sensor 42 that detects a current value of a direct current output from the fuel cell 2. The electronic control unit 41 controls the opening / closing of the gas discharge valve 17 and the fuel supply valve 21 and the driving of the fuel supply pump 18, the air compressor 22 and the cooling water pump 24 in accordance with a program stored in the memory, and DC / DC ON / OFF of switching elements (such as diodes) included in converter 31 and inverter 34 is controlled.

図２は、図１に示される電子制御ユニットにより実行される発電制御のフローチャートである。   FIG. 2 is a flowchart of power generation control executed by the electronic control unit shown in FIG.

たとえば、自動車のイグニッションスイッチがオンにされると、イグニッションスイッチから電子制御ユニット４１にイグニッションスイッチのオンに応じた信号が入力される。これに応答して、電子制御ユニット４１は、以下に説明するステップＳ２〜Ｓ５の処理を実行する。   For example, when an ignition switch of an automobile is turned on, a signal corresponding to the ignition switch being turned on is input from the ignition switch to the electronic control unit 41. In response to this, the electronic control unit 41 executes the processes of steps S2 to S5 described below.

まず、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１が制御されて、燃料電池２とＤＣ／ＤＣコンバータ３１とが負極配線３２および正極配線３３を介して導通される。また、エアコンプレッサ２２が駆動され、空気供給路１１から空気流路９に空気が供給される。このとき、燃料供給ポンプ１８の駆動は停止されており、燃料循環路１０（燃料供給路１５）から燃料流路８への水加ヒドラジンの供給は行われない。これにより、燃料電池２において、燃料流路８内に残存している水加ヒドラジンを使った電気化学反応が生じ、１０Ａ程度の低電流が発生する（ステップＳ２：低電流発電）。   First, the DC / DC converter 31 is controlled, and the fuel cell 2 and the DC / DC converter 31 are brought into conduction through the negative electrode wiring 32 and the positive electrode wiring 33. Further, the air compressor 22 is driven and air is supplied from the air supply path 11 to the air flow path 9. At this time, the drive of the fuel supply pump 18 is stopped, and the hydrazine hydrate is not supplied from the fuel circulation path 10 (fuel supply path 15) to the fuel flow path 8. Thereby, in the fuel cell 2, an electrochemical reaction using the hydrated hydrazine remaining in the fuel flow path 8 occurs, and a low current of about 10 A is generated (step S2: low current power generation).

その後、電流センサ４２の出力が監視されて、燃料電池２から１０Ａ以上の電流が一定時間（たとえば、５ｓｅｃ）継続して出力されたか否かが繰り返し調べられる（ステップＳ３）。   Thereafter, the output of the current sensor 42 is monitored, and it is repeatedly checked whether or not a current of 10 A or more is continuously output from the fuel cell 2 for a certain time (for example, 5 seconds) (step S3).

燃料電池２における電気化学反応では、前記の反応式（１）に示されるように、アノード６で窒素ガスが発生する。そのため、１０Ａ以上の電流を発生させる電気化学反応が一定時間にわたって生じると、燃料流路８内の水加ヒドラジンが窒素ガスの気泡を含有した状態となる。   In the electrochemical reaction in the fuel cell 2, nitrogen gas is generated at the anode 6 as shown in the above reaction formula (1). Therefore, when an electrochemical reaction that generates a current of 10 A or more occurs over a certain period of time, the hydrazine hydrate in the fuel flow path 8 is in a state of containing nitrogen gas bubbles.

燃料電池２から１０Ａ以上の電流が一定時間継続して出力されると（ステップＳ３のＹＥＳ）、燃料供給ポンプ１８が始動され（ステップＳ４）、燃料供給ポンプ１８の回転数（ポンプモータの回転数）が０ｒｐｍから所定の回転数まで上げられる。   When a current of 10 A or more is continuously output from the fuel cell 2 for a certain period of time (YES in step S3), the fuel supply pump 18 is started (step S4), and the rotational speed of the fuel supply pump 18 (the rotational speed of the pump motor). ) Is increased from 0 rpm to a predetermined rotational speed.

なお、所定の回転数は、燃料電池２で発生させるべき電流値に応じて設定される。たとえば、燃料電池２で１００Ａの電流を発生させる場合、燃料流路８内を水加ヒドラジンを１０〜２０ｌ／ｍｉｎの流量で流す必要があり、所定の回転数は、２０００〜３０００ｒｐｍの範囲内（一例として、３０００ｒｐｍ）に設定される。   The predetermined number of revolutions is set according to the current value to be generated by the fuel cell 2. For example, when a current of 100 A is generated in the fuel cell 2, it is necessary to flow hydrazine hydrate through the fuel flow path 8 at a flow rate of 10 to 20 l / min, and the predetermined rotation speed is within a range of 2000 to 3000 rpm ( As an example, it is set to 3000 rpm.

また、燃料供給ポンプ１８の始動とともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１およびインバータ３４が制御されて、燃料電池２で発生した直流電流が走行用モータＭに駆動電流として供給される（ステップＳ５：電流供給）。   Further, when the fuel supply pump 18 is started, the DC / DC converter 31 and the inverter 34 are controlled, and the direct current generated in the fuel cell 2 is supplied as a drive current to the traveling motor M (step S5: current supply). .

以上のように、燃料電池システム１では、燃料供給ポンプ１８の始動に先立ち、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１が制御されて、燃料電池２で燃料流路８内に残存している水加ヒドラジンを使用した発電が行われ、この発電に伴って発生する窒素ガスの気泡を燃料流路８内の水加ヒドラジンが含有した状態とされる。   As described above, in the fuel cell system 1, prior to the start of the fuel supply pump 18, the DC / DC converter 31 is controlled to use the hydrated hydrazine remaining in the fuel flow path 8 in the fuel cell 2. Power generation is performed, and the hydrogenated hydrazine in the fuel flow path 8 contains nitrogen gas bubbles generated along with this power generation.

燃料流路８内の水加ヒドラジンが気泡を含有することにより、燃料流路８内における水加ヒドラジンの密度が減少する。そのため、燃料供給ポンプ１８の始動時に、燃料流路８を流れる水加ヒドラジンが受ける抵抗（管路抵抗）を下げることができる。その結果、燃料供給ポンプ１８の始動時に、燃料供給ポンプ１８にかかる負荷を低減することができるので、燃料供給ポンプ１８の回転数が所定の回転数まで上昇するのに要する時間および電力を低減することができる。   When the hydrazine hydrate in the fuel flow path 8 contains bubbles, the density of the hydrazine hydrate in the fuel flow path 8 decreases. Therefore, when the fuel supply pump 18 is started, the resistance (pipeline resistance) received by the hydrazine hydrate flowing through the fuel flow path 8 can be reduced. As a result, since the load applied to the fuel supply pump 18 can be reduced when the fuel supply pump 18 is started, the time and power required for the rotation speed of the fuel supply pump 18 to rise to a predetermined rotation speed are reduced. be able to.

図３は、発電制御時の発電指令、発電電流、ポンプ回転数およびポンプ消費電力のタイミングチャートである。   FIG. 3 is a timing chart of a power generation command, power generation current, pump rotation speed, and pump power consumption during power generation control.

図３に実線で示されるように、発電制御が開始（図２に示されるステップＳ２が実行）される時刻Ｔ１から燃料供給ポンプ１８が始動される時刻Ｔ２までの間、燃料供給ポンプ１８の回転数は、零のままである。したがって、その間における燃料供給ポンプ１８の消費電力量は、零である。また、燃料供給ポンプ１８の始動時における燃料流路８の管路抵抗が小さいので、燃料供給ポンプ１８の始動後は、燃料供給ポンプ１８の回転数が急峻に上昇し、これに伴って、燃料電池２の発電電流値が急峻に上昇する。   As shown by a solid line in FIG. 3, the rotation of the fuel supply pump 18 is performed from time T1 when power generation control is started (step S2 shown in FIG. 2 is executed) to time T2 when the fuel supply pump 18 is started. The number remains zero. Therefore, the power consumption of the fuel supply pump 18 during that time is zero. Further, since the pipe resistance of the fuel flow path 8 at the time of starting the fuel supply pump 18 is small, after the fuel supply pump 18 is started, the number of revolutions of the fuel supply pump 18 rises sharply. The generated current value of the battery 2 increases sharply.

一方、図３に破線で示されるように、発電制御の開始直後から燃料供給ポンプ１８が始動される場合、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間に、燃料供給ポンプ１８の回転数が比較的緩やかに上昇し、これに伴って、燃料供給ポンプ１８の消費電力量が比較的緩やかに上昇する。   On the other hand, as shown by a broken line in FIG. 3, when the fuel supply pump 18 is started immediately after the start of power generation control, the rotational speed of the fuel supply pump 18 is relatively moderate between time T1 and time T2. Along with this, the power consumption of the fuel supply pump 18 rises relatively slowly.

よって、図３に示されるタイミングチャートから、燃料供給ポンプ１８の始動に先立ち、燃料流路８内の水加ヒドラジンが気泡を含有することにより、燃料供給ポンプ１８の回転数が所定の回転数まで上昇するのに要する時間および電力を低減できることが容易に理解される。   Therefore, from the timing chart shown in FIG. 3, prior to the start of the fuel supply pump 18, the hydrazine hydrate in the fuel flow path 8 contains bubbles, so that the rotation speed of the fuel supply pump 18 reaches a predetermined rotation speed. It will be readily appreciated that the time and power required to rise can be reduced.

また、燃料流路８の燃料排出口が燃料供給口よりも高い位置に配置されるように、燃料電池２が設けられている。これにより、水加ヒドラジン中の気泡が燃料排出口に向けて浮上するので、燃料供給ポンプ１８の始動時に、燃料供給ポンプ１８にかかる負荷を一層低減することができる。   Further, the fuel cell 2 is provided so that the fuel discharge port of the fuel flow path 8 is disposed at a position higher than the fuel supply port. Thereby, since the bubbles in the hydrazine hydrate rise toward the fuel discharge port, the load applied to the fuel supply pump 18 can be further reduced when the fuel supply pump 18 is started.

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。   While one embodiment of the present invention has been described above, the present invention can be implemented in other forms.

前述の実施形態では、燃料供給ポンプ１８の始動に先立ち、燃料電池２で燃料流路８内に残存している水加ヒドラジンを使用した発電が行われることにより、燃料流路８内の水加ヒドラジンが気泡を含有する場合を取り上げた。これに代えて、燃料供給ポンプ１８と燃料流路８の燃料供給口との間の燃料供給路１５に気泡供給装置が分岐接続されて、燃料供給ポンプ１８の始動に先立ち、燃料供給路１５に窒素ガスなどの気体（気泡）が供給されることにより、燃料流路８内の水加ヒドラジンに気泡が混入されてもよい。なお、気泡供給装置は、燃料電池２の発電中に発生した窒素ガスを貯留するタンクを備え、このタンクから燃料供給路１５に窒素ガスを供給するものであってもよい。   In the above-described embodiment, before the fuel supply pump 18 is started, the fuel cell 2 generates power using the hydrated hydrazine remaining in the fuel flow path 8, so that the hydrogenation in the fuel flow path 8 is performed. The case where hydrazine contained bubbles was taken up. Instead, a bubble supply device is branched and connected to the fuel supply path 15 between the fuel supply pump 18 and the fuel supply port of the fuel flow path 8, and before the fuel supply pump 18 is started, the fuel supply path 15 is connected to the fuel supply path 15. By supplying gas (bubbles) such as nitrogen gas, the bubbles may be mixed into the hydrazine hydrate in the fuel flow path 8. The bubble supply device may include a tank that stores nitrogen gas generated during power generation of the fuel cell 2, and supply nitrogen gas from the tank to the fuel supply path 15.

また、燃料電池２から１０Ａ以上の電流が一定時間継続して出力されると、燃料供給ポンプ１８が始動されるとしたが、「１０Ａ」の数値は、単なる具体例に過ぎず、燃料電池２の発電能力に応じて適宜変更されてもよい。また、発電制御の開始から予め定める時間が経過した時点で、燃料流路８内の水加ヒドラジンが気泡を含有していると推定して、燃料供給ポンプ１８が始動されてもよい。   In addition, when a current of 10 A or more is continuously output from the fuel cell 2 for a certain period of time, the fuel supply pump 18 is started. However, the numerical value “10 A” is merely a specific example, and the fuel cell 2 The power generation capability may be changed as appropriate. Alternatively, the fuel supply pump 18 may be started on the assumption that the hydrated hydrazine in the fuel flow path 8 contains bubbles when a predetermined time has elapsed from the start of power generation control.

また、液体燃料の一例として、水加ヒドラジンを挙げたが、液体燃料としては、水加ヒドラジンなどのヒドラジン類以外に、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）を例示することができる。 As an example of a liquid fuel, it has been mentioned hydrazine hydrate, as the liquid fuel, in addition hydrazines such as hydrazine hydrate, can be exemplified methanol (CH 3 OH).

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。   In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.

１ 燃料電池システム
２ 燃料電池
８ 燃料流路
１０ 燃料循環路
１４ 燃料排出路
１５ 燃料供給路
１８ 燃料供給ポンプ（ポンプ）
３１ ＤＣ／ＤＣコンバータ（気泡発生手段）
４１ 電子制御ユニット（制御手段） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 2 Fuel cell 8 Fuel flow path 10 Fuel circulation path 14 Fuel discharge path 15 Fuel supply path 18 Fuel supply pump (pump)
31 DC / DC converter (bubble generating means)
41 Electronic control unit (control means)

Claims (1)

燃料流路を有する燃料電池と、
前記燃料流路に接続され、前記燃料流路に供給される液体燃料が流通する燃料供給路と、
前記燃料供給路に介装され、前記燃料流路に向けて燃料を送るポンプと、
前記燃料流路内の液体燃料中に気泡を含有させる気泡含有手段と、
前記ポンプおよび前記気泡含有手段を制御して、前記燃料流路内の液体燃料中に気泡を含有させた後に、前記ポンプを始動させる制御手段とを含む、燃料電池システム。 A fuel cell having a fuel flow path;
A fuel supply path connected to the fuel flow path and through which liquid fuel supplied to the fuel flow path flows;
A pump interposed in the fuel supply path and for sending fuel toward the fuel flow path;
Bubble-containing means for containing bubbles in the liquid fuel in the fuel flow path;
And a control means for starting the pump after controlling the pump and the bubble-containing means to contain bubbles in the liquid fuel in the fuel flow path.
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