JP2012243664A - Fuel cell system and shutdown method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電解質膜の両側にカソード電極及びアノード電極が設けられる電解質膜・電極構造体を有する複数の燃料電池を積層するとともに、前記燃料電池のカソード側に供給される酸化剤ガス及び前記燃料電池のアノード側に供給される燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池システム及びその停止方法に関する。 The present invention provides a stack of a plurality of fuel cells having an electrolyte membrane / electrode structure in which a cathode electrode and an anode electrode are provided on both sides of the electrolyte membrane, and an oxidant gas supplied to the cathode side of the fuel cell and the fuel The present invention relates to a fuel cell system that generates power by an electrochemical reaction of fuel gas supplied to the anode side of the battery, and a method for stopping the fuel cell system.
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード電極及びカソード電極を設けた電解質膜・電極構造体(MEA)を、一対のセパレータによって挟持している。一方のセパレータと電解質膜・電極構造体との間には、アノード電極に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路が形成されるとともに、他方のセパレータと前記電解質膜・電極構造体との間には、カソード電極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路が形成されている。 For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) provided with an anode electrode and a cathode electrode on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is sandwiched between a pair of separators. Yes. A fuel gas passage for supplying fuel gas to the anode electrode is formed between one separator and the electrolyte membrane / electrode structure, and between the other separator and the electrolyte membrane / electrode structure. Is formed with an oxidant gas flow path for supplying an oxidant gas to the cathode electrode.
燃料電池は、通常、複数積層されて燃料電池スタックを構成するとともに、定置用の他、車載用として燃料電池車両に組み込まれることにより、車載用燃料電池システムとして使用されている。 In general, a plurality of fuel cells are stacked to form a fuel cell stack, and are used as an in-vehicle fuel cell system by being incorporated in a fuel cell vehicle for in-vehicle use as well as for stationary use.
この種の燃料電池では、発電時に水素と酸素との反応により、カソード電極に水が生成される一方、アノード電極に前記水が電解質膜を介して逆拡散している。このため、燃料電池内から生成水を排出するために、前記燃料電池の内部を掃気する必要がある。燃料電池内に滞留した生成水が、前記燃料電池と外部に設けられた補機類との間を電気的に繋げてしまい、前記燃料電池が地絡するおそれがあるからである。 In this type of fuel cell, water is generated at the cathode electrode due to the reaction between hydrogen and oxygen during power generation, while the water is back-diffused through the electrolyte membrane at the anode electrode. For this reason, in order to discharge generated water from the fuel cell, it is necessary to scavenge the inside of the fuel cell. This is because the generated water staying in the fuel cell electrically connects the fuel cell and the auxiliary equipment provided outside, and the fuel cell may be grounded.
このため、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池システムの運転制御方法が知られている。この運転制御方法は、燃料極及び酸化剤極を有する燃料電池を含む燃料電池システムを用意する工程と、前記燃料電池システムの前記燃料電池の発電運転を継続する工程と、前記燃料電池の発電運転を終了させる終了指令が出力されたとき、前記燃料電池の前記燃料極に燃料を継続して供給し、且つ、前記燃料電池の前記酸化剤極に酸化剤ガスを継続して供給することにより、前記燃料電池の発電運転を継続させつつ、通常発電運転時における流量よりも大きい流量の酸化剤ガスを前記燃料電池の前記酸化剤極に供給することにより、前記燃料電池の前記酸化剤極の内部を掃気させる掃気工程とを実施することを特徴としている。 For this reason, for example, an operation control method for a fuel cell system disclosed in Patent Document 1 is known. The operation control method includes a step of preparing a fuel cell system including a fuel cell having a fuel electrode and an oxidant electrode, a step of continuing the power generation operation of the fuel cell of the fuel cell system, and a power generation operation of the fuel cell. When an end command is output to end the fuel cell, the fuel is continuously supplied to the fuel electrode of the fuel cell, and the oxidant gas is continuously supplied to the oxidant electrode of the fuel cell, By supplying an oxidant gas having a flow rate larger than the flow rate during normal power generation operation to the oxidant electrode of the fuel cell while continuing the power generation operation of the fuel cell, the inside of the oxidant electrode of the fuel cell And a scavenging process for scavenging.
しかしながら、上記の特許文献1では、燃料電池を停止させる際に、酸化剤ガスの流量を増量させるため、酸化剤ポンプの出力を増加させるためにエネルギが消費されてしまう。しかも、燃料ガスを継続して供給するため、前記燃料ガスが無駄に廃棄されてしまい、経済的ではないという問題がある。 However, in Patent Document 1 described above, when the fuel cell is stopped, the flow rate of the oxidant gas is increased, so that energy is consumed to increase the output of the oxidant pump. In addition, since the fuel gas is continuously supplied, the fuel gas is wasted and is not economical.
本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単な構成及び工程で、燃料電池内の地絡が発生する部位を検出するとともに、効率的且つ経済的な掃気処理を行うことが可能な燃料電池システム及びその停止方法を提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem, and with a simple configuration and process, it is possible to detect a site where a ground fault occurs in the fuel cell and perform an efficient and economical scavenging process. An object of the present invention is to provide a fuel cell system and a method for stopping the fuel cell system.
本発明は、電解質膜の両側にカソード電極及びアノード電極が設けられる電解質膜・電極構造体を有する複数の燃料電池を積層するとともに、前記燃料電池のカソード側に供給される酸化剤ガス及び前記燃料電池のアノード側に供給される燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池システム及びその停止方法に関するものである。 The present invention provides a stack of a plurality of fuel cells having an electrolyte membrane / electrode structure in which a cathode electrode and an anode electrode are provided on both sides of the electrolyte membrane, and an oxidant gas supplied to the cathode side of the fuel cell and the fuel The present invention relates to a fuel cell system that generates electric power by an electrochemical reaction of fuel gas supplied to the anode side of the battery and a method for stopping the fuel cell system.
この燃料電池システムは、酸化剤ガスを燃料電池の積層方向に流通させる酸化剤ガス連通孔と、燃料ガスを前記積層方向に流通させる燃料ガス連通孔と、前記酸化剤ガス連通孔及び前記燃料ガス連通孔に配設される検出電極と、前記燃料電池の出力端子と前記検出電極との間の電圧又は電流を測定することにより、地絡が発生したか否かを判断する地絡検出部と、前記カソード側及び前記アノード側に掃気エアを供給する掃気手段とを備えている。 The fuel cell system includes an oxidant gas communication hole that allows an oxidant gas to flow in the stacking direction of the fuel cell, a fuel gas communication hole that allows a fuel gas to flow in the stacking direction, the oxidant gas communication hole, and the fuel gas. A detection electrode disposed in the communication hole, and a ground fault detection unit that determines whether or not a ground fault has occurred by measuring a voltage or a current between the output terminal of the fuel cell and the detection electrode; And scavenging means for supplying scavenging air to the cathode side and the anode side.
また、この停止方法は、運転停止後に、地絡センサにより絶縁抵抗を測定する工程と、測定された前記絶縁抵抗に基づいて、カソード側又はアノード側のいずれか一方の極側に地絡が発生したと判断された際、前記カソード側及び前記アノード側に掃気エアを供給することができる掃気手段により、少なくとも前記一方の極側を前記掃気エアにより掃気する工程とを有している。 In addition, in this stopping method, after the operation is stopped, a ground fault occurs on either the cathode side or the anode side based on the step of measuring the insulation resistance by the ground fault sensor and the measured insulation resistance. A step of scavenging at least one of the polar sides with the scavenging air by a scavenging means capable of supplying scavenging air to the cathode side and the anode side.
さらに、この停止方法では、一方の極側を掃気した後、カソード側又はアノード側の他方の極側に地絡が発生しているか否かを判断する工程と、前記他方の極側に地絡が発生していると判断された際、該他方の極側を前記掃気エアにより掃気する工程とを有することが好ましい。 Further, in this stopping method, after scavenging one pole side, it is determined whether or not a ground fault has occurred on the other pole side of the cathode side or the anode side, and a ground fault is caused on the other pole side. It is preferable to have a step of scavenging the other pole side with the scavenging air when it is determined that the above has occurred.
さらにまた、この停止方法は、酸化剤ガスを燃料電池の積層方向に流通させる酸化剤ガス連通孔、及び燃料ガスを前記積層方向に流通させる燃料ガス連通孔に配設される検出電極と、前記燃料電池の出力端子との間の電圧又は電流を測定する工程と、測定された前記電圧又は前記電流に基づいて、カソード側又はアノード側のいずれか一方の極側に地絡が発生したと判断された際、前記カソード側及び前記アノード側に掃気エアを供給することができる掃気手段により、前記一方の極側を前記掃気エアにより掃気する工程とを有している。 Furthermore, the stop method includes an oxidant gas communication hole for flowing an oxidant gas in the stacking direction of the fuel cell, a detection electrode disposed in the fuel gas communication hole for flowing the fuel gas in the stacking direction, A step of measuring a voltage or current between the output terminal of the fuel cell and a determination that a ground fault has occurred on either the cathode side or the anode side based on the measured voltage or current And a step of scavenging the one pole side with the scavenging air by a scavenging means capable of supplying scavenging air to the cathode side and the anode side.
本発明では、酸化剤ガス連通孔及び燃料ガス連通孔に配設される検出電極と燃料電池の出力端子との間の電圧又は電流を測定することにより、地絡の発生部位が正確且つ容易に検出される。従って、掃気手段を介して、地絡が発生した極側に掃気エアを確実に供給することができる。 In the present invention, by measuring the voltage or current between the detection electrode disposed in the oxidant gas communication hole and the fuel gas communication hole and the output terminal of the fuel cell, the site where the ground fault occurs can be accurately and easily determined. Detected. Therefore, the scavenging air can be reliably supplied to the pole side where the ground fault has occurred via the scavenging means.
これにより、簡単な構成及び工程で、燃料電池内の地絡が発生する部位を検出するとともに、効率的且つ経済的な掃気処理を行うことが可能になる。 Accordingly, it is possible to detect a site where a ground fault occurs in the fuel cell with a simple configuration and process, and to perform an efficient and economical scavenging process.
また、本発明では、燃料電池の運転停止後に、測定された絶縁抵抗に基づいて、掃気手段によりカソード側又はアノード側の少なくとも一方の極側を掃気することができる。その際、地絡が発生した極が、カソード側であっても、アノード側であっても、掃気手段を介して掃気することが可能になる。 Further, in the present invention, after the fuel cell is stopped, at least one of the cathode side and the anode side can be scavenged by the scavenging means based on the measured insulation resistance. At that time, it is possible to scavenge via the scavenging means regardless of whether the pole where the ground fault has occurred is on the cathode side or the anode side.
これにより、簡単な工程で、燃料電池内の地絡が発生する部位を検出するとともに、効率的且つ経済的な掃気処理を行うことが可能になる。 As a result, it is possible to detect a site where a ground fault occurs in the fuel cell by a simple process and to perform an efficient and economical scavenging process.
図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池システム10は、例えば、車載用燃料電池システムを構成する。
As shown in FIG. 1, the
燃料電池システム10は、燃料電池12が積層された燃料電池スタック14と、前記燃料電池スタック14に酸化剤ガスとして空気を供給するエア供給システム16と、前記燃料電池スタック14に燃料ガスとして水素を供給する水素供給システム18と、システム全体の制御を行う制御部20とを備える。
The
各燃料電池12は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜22をカソード電極24とアノード電極26とで挟持した電解質膜・電極構造体(MEA)28を備える。
Each
カソード電極24及びアノード電極26は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金(又はRu等)が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成された電極触媒層とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜22の両面に形成される。
The
電解質膜・電極構造体28は、カソード側セパレータ30及びアノード側セパレータ32で挟持される。カソード側セパレータ30及びアノード側セパレータ32は、例えば、カーボンセパレータ又は金属セパレータで構成される。
The electrolyte membrane /
カソード側セパレータ30と電解質膜・電極構造体28との間には、酸化剤ガス流路34が設けられるとともに、アノード側セパレータ32と前記電解質膜・電極構造体28との間には、燃料ガス流路36が設けられる。カソード側セパレータ30とアノード側セパレータ32との間には、冷却媒体流路38が設けられる。
An oxidant
燃料電池スタック14には、各燃料電池12の積層方向に互いに連通して、空気を供給するエア入口連通孔40a、水素ガスを供給する水素ガス入口連通孔42a、冷却媒体を供給する冷却媒体入口連通孔(図示せず)、前記空気を排出するエア出口連通孔40b、前記水素ガスを排出する水素ガス出口連通孔42b、及び前記冷却媒体を排出する冷却媒体出口連通孔(図示せず)が設けられる。
The
エア供給システム16は、大気からの空気を圧縮して供給するエアポンプを備える。このエア供給システム16には、エア供給路44の一端が接続されるとともに、前記エア供給路44の他端は、加湿器46を通って燃料電池スタック14のエア入口連通孔40aに連通する。
The
燃料電池スタック14のエア出口連通孔40bには、カソードオフガス排出路48の一端が連通する。このカソードオフガス排出路48の他端は、加湿器46を通って、希釈ボックス50に接続される。
One end of a cathode
加湿器46は、エア供給路44を介して導入される外部空気と、燃料電池スタック14から排出され、カソードオフガス排出路48を流通する高温で且つ高湿度のカソードオフガスとの間で、水分及び熱の交換を行う。
The
水素供給システム18は、例えば、高圧水素が充填された水素タンクを備え、この水素供給システム18に水素供給路52の一端が接続される。水素供給路52は、燃料電池スタック14の水素ガス入口連通孔42aに連通する。水素供給路52には、供給量調整弁54及びエゼクタ56が配設される。
The
燃料電池スタック14の水素ガス出口連通孔42bには、アノードオフガス排出路58の一端が接続される。このアノードオフガス排出路58には、水素排出弁60が配置されるとともに、前記水素排出弁60の上流側とエゼクタ56とには、アノードオフガス循環路62が接続される。
One end of an anode
エア供給路44には、加湿器46の上流側にバイパス路64の一端が接続されるとともに、水素供給路52には、エゼクタ56の下流に前記バイパス路64の他端が接続される。このバイパス路64には、開閉弁66が配設される。
One end of a
制御部20は、システム全体の制御を行うとともに、地絡センサ68から所定の部位における抵抗値検出信号が入力される。制御部20には、地絡するおそれがある絶縁抵抗値の閾値が記憶されており、地絡センサ68から出力された抵抗値検出信号と比較することにより、燃料電池スタック14内に地絡が発生しているか否かを検出する。
The
地絡センサ68は、例えば、特開2004−170103号公報に開示されている。すなわち、地絡センサ68は、燃料電池12の電圧を所定の時間だけコンデンサに印加した後、前記コンデンサに発生する電位と、接地電位部を経由して該コンデンサに発生する電位とを比較することにより、絶縁抵抗を計測する。
The
このように構成される燃料電池システム10の動作について、以下に説明する。
The operation of the
先ず、エア供給システム16を介してエア供給路44に空気が送られる一方、水素供給システム18を介して水素供給路52に水素ガスが送られる。
First, air is sent to the
エア供給路44に供給された空気は、加湿器46を通って加湿及び加熱された後、燃料電池スタック14のエア入口連通孔40aに供給される。この空気は、燃料電池スタック14内の各燃料電池12に設けられている酸化剤ガス流路34に沿って移動することにより、カソード電極24に供給される。
The air supplied to the
使用済みの空気(以下、カソードオフガスともいう)は、エア出口連通孔40bからカソードオフガス排出路48に排出される。このカソードオフガスは、加湿器46に送られ、エア供給路44に沿って新たに供給される空気を加湿及び加温した後、希釈ボックス50に導入される。
Used air (hereinafter also referred to as cathode offgas) is discharged from the air
一方、水素供給システム18では、供給量調整弁54の作用下に、水素供給路52に所定量の水素ガスが供給される。この水素ガスは、燃料電池スタック14の水素ガス入口連通孔42aに供給される。燃料電池スタック14内に供給された水素ガスは、各燃料電池12の燃料ガス流路36に沿って移動することにより、アノード電極26に供給される。
On the other hand, in the
水素ガス出口連通孔42bに排出される水素ガス(以下、アノードオフガスともいう)は、アノードオフガス排出路58からアノードオフガス循環路62を通って、エゼクタ56に吸引される。このため、アノードオフガスは、燃料ガスとして、再度、燃料電池スタック14に供給される。従って、カソード電極24に供給される空気と、アノード電極26に供給される水素ガスとが、電気化学的に反応して発電が行われる。
Hydrogen gas discharged to the hydrogen gas
一方、アノードオフガス循環路62を循環する水素ガスには、不純物が蓄積し易い。このため、不純物を混在する水素ガスは、水素排出弁60の開放作用下に定期的に排出される。
On the other hand, impurities tend to accumulate in the hydrogen gas circulating through the anode off-
また、図示しない冷却媒体システムから、燃料電池スタック14の各燃料電池12間に形成されている冷却媒体流路38に冷却媒体が供給される。冷却媒体は、冷却媒体流路38に沿って移動することにより、燃料電池12を冷却した後、外部に排出されて循環供給される。
A cooling medium is supplied from a cooling medium system (not shown) to a cooling
次いで、第1の実施形態に係る停止方法について、図2に示すフローチャート及び図3に示すタイミングチャートに沿って、説明する。 Next, the stopping method according to the first embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. 2 and the timing chart shown in FIG.
先ず、燃料電池スタック14の運転が停止されると(ステップS1)、ステップS2に進んで、供給量調整弁54が閉塞される。
First, when the operation of the
そして、ステップS3では、エア供給システム16が駆動され、燃料電池スタック14内のカソード側経路(酸化剤ガス流路34を含む)に掃気エアが供給されて、カソード掃気が行われる。
In step S3, the
さらに、ステップS4に進んで、地絡センサ68により出力された抵抗値と、制御部20に予め記憶された地絡判定値R0とが比較される。地絡センサ68は、図示しないが、酸化剤ガス流路34から排出される生成水が気液分離器を介して前記燃料電池スタック14を地絡させるおそれがあるか否かを検出するとともに、燃料ガス流路36から排出される生成水が、同様に、図示しない気液分離器を介して前記燃料電池スタック14を地絡させるおそれがあるか否かを検出する。
Furthermore, it progresses to step S4 and the resistance value output by the
ここで、絶縁抵抗Rは、図3に示すように、カソード掃気によって滞留水が除去されるため上昇し(図3中、破線参照)、地絡判定値R0よりも高い絶縁抵抗値が得られる。一方、液絡が発生し易い状態では、十分な絶縁回復がなされておらず、絶縁抵抗Rは、地絡判定値R0よりも低い値を維持している。 Here, as shown in FIG. 3, the insulation resistance R rises because the stagnant water is removed by the scavenging of the cathode (see the broken line in FIG. 3), and an insulation resistance value higher than the ground fault determination value R0 is obtained. . On the other hand, in a state where a liquid junction is likely to occur, sufficient insulation recovery has not been performed, and the insulation resistance R maintains a value lower than the ground fault determination value R0.
従って、カソード側又はアノード側のいずれかに、絶縁抵抗Rが地絡判定値R0よりも低い状態が惹起されると(ステップS5中、YES)、ステップS6に進んで、カソード側又はアノード側の掃気処理が行われる。カソード側の掃気処理は、上記のカソード掃気と同様である。 Therefore, when a state in which the insulation resistance R is lower than the ground fault determination value R0 is induced on either the cathode side or the anode side (YES in step S5), the process proceeds to step S6, and the cathode side or anode side A scavenging process is performed. The cathode scavenging process is the same as the cathode scavenging described above.
一方、アノード側の掃気処理は、図1に示すように、開閉弁66が開放される。このため、エア供給システム16からエア供給路44に供給される掃気エアは、バイパス路64を通って、水素供給路52に導入される。これにより、燃料電池スタック14では、水素ガス入口連通孔42aから掃気エアが導入され、アノード系(燃料ガス流路36を含む)の掃気を行って、水素排出弁60の開放作用下に排出される。
On the other hand, in the scavenging process on the anode side, the on-off
上記のように、カソード側又はアノード側の掃気が終了することにより、燃料電池システム10が停止する(ステップS7)。なお、ステップS5において、絶縁抵抗Rが地絡判定値R0以上である際には(ステップS5中、NO)、地絡のおそれがないため、処理が終了される。
As described above, when the scavenging on the cathode side or the anode side ends, the
この場合、第1の実施形態では、燃料電池スタック14の運転停止後に、地絡センサ68により測定された絶縁抵抗Rに基づいて、掃気手段(エア供給システム16、バイパス路64及び開閉弁66を含む)により、カソード側又はアノード側の少なくとも一方の極側を掃気することができる。
In this case, in the first embodiment, after the operation of the
その際、地絡が発生した極がカソード側であっても、アノード側であっても、上記の掃気手段を介して掃気することが可能になる。これにより、簡単な工程で、燃料電池スタック14内の地絡が発生する部位を確実に検出し、効率的且つ経済的な掃気処理を行うことが可能になるという効果が得られる。
At that time, it is possible to perform scavenging via the scavenging means regardless of whether the pole where the ground fault has occurred is on the cathode side or the anode side. As a result, it is possible to reliably detect a portion where a ground fault occurs in the
図4は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池システム80の概略構成図である。なお、第1の実施形態に係る燃料電池システム10と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a
燃料電池スタック14は、第1の実施形態と同様であるが、さらに構成を詳述する。図5に示すように、各燃料電池12の積層方向の両端には、ターミナルプレート82a、82bを収容する絶縁プレート84a、84bを介してエンドプレート86a、86bが配設される。
The
エンドプレート86aには、流路部材、例えば、加湿器46が接続される。なお、流路部材としては、加湿器46に代えて、気液分離器等が用いられる。
A flow path member, for example, a
燃料電池12は、図6に示すように、縦長形状を有するとともに、長辺方向(矢印C方向)上方側端部には、エア入口連通孔40aと水素ガス入口連通孔42aとが形成される。燃料電池12の長辺方向下方側端部には、水素ガス出口連通孔42bとエア出口連通孔40bとが形成される。
As shown in FIG. 6, the
燃料電池12の短辺方向一端に、冷却媒体入口連通孔43aが形成されるとともに、短辺方向他端部には、冷却媒体出口連通孔43bが形成される。
A
図5に示すように、ターミナルプレート82a、82bには、それぞれ積層方向下方に向かって出力端子90a、90bが突出する。マイナス側のターミナルプレート82aを収容する絶縁プレート84aには、図7に示すように、エア入口連通孔40aに露呈するカソード入口検出電極92a、エア出口連通孔40bに露呈するカソード出口検出電極92b、水素ガス入口連通孔42aに露呈するアノード入口検出電極94a及び水素ガス出口連通孔42bに露呈するアノード出口検出電極94bとが設置される。
As shown in FIG. 5, the
カソード入口検出電極92aは、カソード入口電流計96aに接続され、カソード出口検出電極92bは、カソード出口電流計96bに接続され、アノード入口検出電極94aは、アノード入口電流計98aに接続され、アノード出口検出電極94bは、アノード出口電流計98bに接続される。
The cathode
図5に示すように、カソード入口電流計96a及びカソード出口電流計96bは、プラス側のターミナルプレート82bに設けられる出力端子90bに接続される。図示しないが、アノード入口電流計98a及びアノード出口電流計98bは、同様に、ターミナルプレート82bの出力端子90bに接続される。
As shown in FIG. 5, the
カソード入口電流計96a、カソード出口電流計96b、アノード入口電流計98a及びアノード出口電流計98bは、制御部20に対して測定された電流信号を出力し、制御部20は、少なくともいずれかに地絡が発生したか否かを判断する地絡検出部100としての機能を有する。
The
図4に示すように、アノードオフガス排出路58には、気液分離器88及び開閉弁89が配設される。
As shown in FIG. 4, a gas-
次いで、このように構成される燃料電池システム80の停止方法について、図8に示すフローチャートに沿って、以下に説明する。なお、第1の実施形態に係る停止方法と同一の工程は、その詳細な説明は省略する。
Next, a method of stopping the
燃料電池スタック14の運転が停止されると(ステップS101)、供給量調整弁54が閉塞された後(ステップS102)、掃気用エアが供給されてカソード掃気が行われる(ステップS103)。
When the operation of the
次いで、ステップS104に進んで、電流検出処理が行われる。この電流検出処理は、カソード入口電流計96a、カソード出口電流計96b、アノード入口電流計98a及びアノード出口電流計98bにより、それぞれ、エア入口連通孔40a、エア出口連通孔40b、水素ガス入口連通孔42a及び水素ガス出口連通孔42bとセル面内の水繋がりを検知する。
Subsequently, it progresses to step S104 and an electric current detection process is performed. In this current detection process, the
そして、ステップS105では、カソード入口電流計96a又はカソード出口電流計96bの少なくともいずれかによる検出電流値(カソード側電流値)が、地絡判定の閾値である判定値を超えていると判断されると(ステップS105中、YES)、ステップS106に進んで、掃気用エアが供給されてカソード側の掃気処理が行われる。連通孔内の水を介して地絡が発生していなければ、電流値は小さくなる一方、地絡が発生していれば、電流値が判定値を超えるからである。
In step S105, it is determined that the detected current value (cathode side current value) by at least one of the
さらに、ステップS107では、アノード入口電流計98a又はアノード出口電流計98bの少なくともいずれかにより計測された電流値(アノード側電流値)が、判定値を超えているか否かが判断される。そして、いずれかの検出電流値が、判定値を超えていると判断されると(ステップS107中、YES)、ステップS108に進んで、掃気用エアが供給されてアノード側の掃気処理が行われる。
Further, in step S107, it is determined whether or not the current value (anode-side current value) measured by at least one of the
なお、ステップS107、108の工程は、ステップS105、106の工程と同時に、又は、それよりも先に行ってもよい。上記の処理が終了して、燃料電池システム80が停止される(ステップS109)。
Note that the steps S107 and S108 may be performed simultaneously with or before the steps S105 and S106. The above processing is completed, and the
この場合、第2の実施形態では、カソード入口検出電極92a、カソード出口検出電極92b、アノード入口検出電極94a及びアノード出口検出電極94bと出力端子90bとの間の各電流値を計測することにより、エア入口連通孔40a、エア出口連通孔40b、水素ガス入口連通孔42a及び水素ガス出口連通孔42bそれぞれに地絡が発生するか否かを検出している。
In this case, in the second embodiment, by measuring each current value between the cathode
従って、地絡の発生部位が正確且つ容易に検出され、この地絡が発生した極側にのみ掃気エアを供給することができる。これにより、簡単な構成及び工程で、燃料電池12内の地絡が発生する部位を検出し、効率的且つ経済的に掃気処理を行うことが可能になるという効果が得られる。
Therefore, the location where the ground fault occurs can be detected accurately and easily, and scavenging air can be supplied only to the pole side where the ground fault occurs. Thereby, it is possible to detect the site where the ground fault occurs in the
なお、第2の実施形態では、電流値を検出して地絡が発生したか否かを検出しているが、これに限定されるものではない。例えば、電圧値を検出して地絡発生の有無を検出してもよい。 In the second embodiment, the current value is detected to detect whether or not a ground fault has occurred. However, the present invention is not limited to this. For example, the presence or absence of occurrence of a ground fault may be detected by detecting a voltage value.
10、80…燃料電池システム 12…燃料電池
14…燃料電池スタック 16…エア供給システム
18…水素供給システム 20…制御部
22…固体高分子電解質膜 24…カソード電極
26…アノード電極 34…酸化剤ガス流路
36…燃料ガス流路 38…冷却媒体流路
44…エア供給路 46…加湿器
48…カソードオフガス排出路 52…水素供給路
56…エゼクタ 58…アノードオフガス排出路
68…地絡センサ 86a、86b…エンドプレート
90a、90b…出力端子 92a…カソード入口検出電極
92b…カソード出口検出電極 94a…アノード入口検出電極
94b…アノード出口検出電極 96a…カソード入口電流計
96b…カソード出口電流計 98a…アノード入口電流計
98b…アノード出口電流計 100…地絡検出部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記酸化剤ガスを前記燃料電池の積層方向に流通させる酸化剤ガス連通孔と、
前記燃料ガスを前記積層方向に流通させる燃料ガス連通孔と、
前記酸化剤ガス連通孔及び前記燃料ガス連通孔に配設される検出電極と、
前記燃料電池の出力端子と前記検出電極との間の電圧又は電流を測定することにより、地絡が発生したか否かを判断する地絡検出部と、
前記カソード側及び前記アノード側に掃気エアを供給する掃気手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 Laminating a plurality of fuel cells having an electrolyte membrane / electrode structure in which a cathode electrode and an anode electrode are provided on both sides of the electrolyte membrane, and an oxidant gas supplied to the cathode side of the fuel cell and an anode side of the fuel cell A fuel cell system for generating electricity by an electrochemical reaction of fuel gas supplied to
An oxidant gas communication hole through which the oxidant gas flows in the stacking direction of the fuel cell;
Fuel gas communication holes for flowing the fuel gas in the stacking direction;
A detection electrode disposed in the oxidant gas communication hole and the fuel gas communication hole;
A ground fault detector that determines whether or not a ground fault has occurred by measuring a voltage or current between the output terminal of the fuel cell and the detection electrode;
Scavenging means for supplying scavenging air to the cathode side and the anode side;
A fuel cell system comprising:
運転停止後に、地絡センサにより絶縁抵抗を測定する工程と、
測定された前記絶縁抵抗に基づいて、前記カソード側又は前記アノード側のいずれか一方の極側に地絡が発生したと判断された際、前記カソード側及び前記アノード側に掃気エアを供給することができる掃気手段により、少なくとも前記一方の極側を前記掃気エアにより掃気する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池システムの停止方法。 Laminating a plurality of fuel cells having an electrolyte membrane / electrode structure in which a cathode electrode and an anode electrode are provided on both sides of the electrolyte membrane, and an oxidant gas supplied to the cathode side of the fuel cell and an anode side of the fuel cell A method for stopping a fuel cell system that generates electricity by an electrochemical reaction of a fuel gas supplied to
After stopping operation, measuring the insulation resistance with a ground fault sensor;
When it is determined that a ground fault has occurred on either the cathode side or the anode side based on the measured insulation resistance, scavenging air is supplied to the cathode side and the anode side Scavenging means capable of scavenging at least one of the polar sides with the scavenging air;
A method for stopping a fuel cell system, comprising:
前記他方の極側に地絡が発生していると判断された際、該他方の極側を前記掃気エアにより掃気する工程と、
を有すること特徴とする燃料電池システムの停止方法。 The method according to claim 2, wherein after scavenging the one pole side, determining whether or not a ground fault has occurred on the other pole side of the cathode side or the anode side;
Scavenging the other pole side with the scavenging air when it is determined that a ground fault has occurred on the other pole side; and
A method for stopping the fuel cell system.
前記酸化剤ガスを前記燃料電池の積層方向に流通させる酸化剤ガス連通孔、及び前記燃料ガスを前記積層方向に流通させる燃料ガス連通孔に配設される検出電極と、前記燃料電池の出力端子との間の電圧又は電流を測定する工程と、
測定された前記電圧又は前記電流に基づいて、前記カソード側又は前記アノード側のいずれか一方の極側に地絡が発生したと判断された際、前記カソード側及び前記アノード側に掃気エアを供給することができる掃気手段により、前記一方の極側を前記掃気エアにより掃気する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池システムの停止方法。 Laminating a plurality of fuel cells having an electrolyte membrane / electrode structure in which a cathode electrode and an anode electrode are provided on both sides of the electrolyte membrane, and an oxidant gas supplied to the cathode side of the fuel cell and an anode side of the fuel cell A method for stopping a fuel cell system that generates electricity by an electrochemical reaction of a fuel gas supplied to
An oxidant gas communication hole for flowing the oxidant gas in the stacking direction of the fuel cell, a detection electrode disposed in the fuel gas communication hole for flowing the fuel gas in the stacking direction, and an output terminal of the fuel cell Measuring the voltage or current between
When it is determined based on the measured voltage or current that a ground fault has occurred on either the cathode side or the anode side, scavenging air is supplied to the cathode side and the anode side. Scavenging means capable of scavenging the one pole side with the scavenging air; and
A method for stopping a fuel cell system, comprising:
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