JP2016110967A - Fuel cell system - Google Patents
Fuel cell system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016110967A JP2016110967A JP2015052924A JP2015052924A JP2016110967A JP 2016110967 A JP2016110967 A JP 2016110967A JP 2015052924 A JP2015052924 A JP 2015052924A JP 2015052924 A JP2015052924 A JP 2015052924A JP 2016110967 A JP2016110967 A JP 2016110967A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cathode gas
- fuel cell
- temperature
- cooling
- unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
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.
従来、アノード及びカソードを有する燃料電池(固体酸化物型燃料電池:SOFC(Solid Oxide Fuel Cell)等)を備えた燃料電池システムが知られている。燃料電池システムは、燃料電池のアノードに供給されるアノードガスと燃料電池のカソードに供給されるカソードガスとを電気化学的に反応させることによって発電を行う。 Conventionally, a fuel cell system including a fuel cell (a solid oxide fuel cell: SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) or the like) having an anode and a cathode is known. The fuel cell system generates power by electrochemically reacting an anode gas supplied to the anode of the fuel cell and a cathode gas supplied to the cathode of the fuel cell.
燃料電池システムの発電量が増加すると、燃料電池の温度が上昇することがある。燃料電池の温度、特に燃料電池スタックの温度が高くなると、燃料電池システムの発電効率は著しく低下する。 When the amount of power generated by the fuel cell system increases, the temperature of the fuel cell may increase. When the temperature of the fuel cell, in particular, the temperature of the fuel cell stack increases, the power generation efficiency of the fuel cell system significantly decreases.
そこで、冷却した空気を燃料電池に供給することによって、燃料電池の温度が上昇することを抑制する燃料電池システムが提案されている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。 Therefore, a fuel cell system has been proposed in which the temperature of the fuel cell is prevented from rising by supplying cooled air to the fuel cell (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
しかし、特許文献1及び特許文献2で提案されている燃料電池システムでは、冷却した空気による冷却が燃料電池スタックの温度上昇に追いつかず、燃料電池スタックの温度上昇が抑制されないことがある。そのため、燃料電池スタックを効果的に冷却することができる燃料電池システムが望まれている。 However, in the fuel cell systems proposed in Patent Literature 1 and Patent Literature 2, the cooling by the cooled air cannot catch up with the temperature rise of the fuel cell stack, and the temperature rise of the fuel cell stack may not be suppressed. Therefore, a fuel cell system that can effectively cool the fuel cell stack is desired.
本発明は、燃料電池を効果的に冷却することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the fuel cell system which can cool a fuel cell effectively.
本発明は、アノード及びカソードを有する燃料電池と、前記燃料電池にアノードガスを供給するアノードガス供給部と、前記燃料電池にカソードガスを供給するカソードガス供給部であって、カソードガスの温度を調整するカソードガス温度調整部を有し、前記カソードガス温度調整部により温度が調整されたカソードガスを前記燃料電池に供給するカソードガス供給部と、前記燃料電池の温度を測定する温度センサと、前記燃料電池を強制的に冷却する強制冷却部と、前記カソードガス温度調整部及び前記強制冷却部を制御する制御部と、を備え、通常冷却制御可能条件が満たされる場合に、前記制御部は、前記強制冷却部を作動させないように制御するとともに、前記温度センサにより測定される前記燃料電池の温度に基づいてカソードガスの温度を調整するように前記カソードガス温度調整部を制御し、前記カソードガス供給部は、前記カソードガス温度調整部により温度が調整されたカソードガスによって前記燃料電池を通常冷却し、前記通常冷却制御可能条件が満たされない場合に、前記制御部は、前記強制冷却部を作動させるように制御し、前記強制冷却部は、前記燃料電池を強制的に冷却する燃料電池システムに関する。 The present invention includes a fuel cell having an anode and a cathode, an anode gas supply unit that supplies an anode gas to the fuel cell, and a cathode gas supply unit that supplies a cathode gas to the fuel cell, the temperature of the cathode gas being set A cathode gas temperature adjusting unit for adjusting, a cathode gas supply unit for supplying the fuel cell with the cathode gas whose temperature is adjusted by the cathode gas temperature adjusting unit, a temperature sensor for measuring the temperature of the fuel cell, A forced cooling unit that forcibly cools the fuel cell; and a control unit that controls the cathode gas temperature adjustment unit and the forced cooling unit, and when the normal cooling controllable condition is satisfied, And controlling the forced cooling unit not to operate, and the cathode based on the temperature of the fuel cell measured by the temperature sensor The cathode gas temperature adjusting unit is controlled to adjust the temperature of the gas, and the cathode gas supply unit normally cools the fuel cell with the cathode gas whose temperature is adjusted by the cathode gas temperature adjusting unit, When the cooling controllable condition is not satisfied, the control unit controls the forced cooling unit to operate, and the forced cooling unit relates to a fuel cell system that forcibly cools the fuel cell.
また、前記カソードガス供給部は、第1温度を有する第1カソードガスを前記燃料電池に供給する第1カソードガス供給部と、前記第1温度よりも低い温度である第2温度を有する第2カソードガスを前記燃料電池に供給する第2カソードガス供給部と、を有し、第1カソードガス及び第2カソードガスの一方又は両方をカソードガスとして供給し、前記カソードガス温度調整部は、カソードガスの量に占める第2カソードガスの量の割合を調整することによって、カソードガスの温度を調整することが好ましい。 Further, the cathode gas supply unit supplies a first cathode gas having a first temperature to the fuel cell, and a second temperature having a second temperature lower than the first temperature. A second cathode gas supply unit configured to supply a cathode gas to the fuel cell, and supply one or both of the first cathode gas and the second cathode gas as a cathode gas. It is preferable to adjust the temperature of the cathode gas by adjusting the ratio of the amount of the second cathode gas to the amount of gas.
また、前記通常冷却制御可能条件は、カソードガスの量に占める第2カソードガスの量の割合が基準割合以下の割合であるという条件であることが好ましい。 The normal cooling controllable condition is preferably a condition that the ratio of the amount of the second cathode gas in the amount of the cathode gas is a ratio equal to or less than the reference ratio.
また、前記強制冷却部は、冷却液を供給する冷却液供給部と、前記燃料電池の近傍に設けられ、前記冷却液供給部から供給される冷却液が流通する冷却液ラインと、を有し、前記冷却液ラインを流通する冷却液との熱交換によって前記燃料電池を冷却することが好ましい。 The forced cooling unit includes a coolant supply unit that supplies a coolant, and a coolant line that is provided near the fuel cell and through which the coolant supplied from the coolant supply unit flows. Preferably, the fuel cell is cooled by heat exchange with the coolant flowing through the coolant line.
本発明によれば、燃料電池を効果的に冷却することが可能な燃料電池システムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell system which can cool a fuel cell effectively can be provided.
以下、本発明の第1実施形態について、図1を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施形態の燃料電池システム1を示す概略図である。図1において、実線はラインを示し、点線は電気的な接続(有線又は無線)を示している。また、以下の説明において、「ライン」とは、流路、経路、管路等の総称である。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing a fuel cell system 1 according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a solid line indicates a line, and a dotted line indicates an electrical connection (wired or wireless). In the following description, “line” is a general term for a flow path, a path, a pipeline, and the like.
図1に示すように、燃料電池システム1は、燃料電池11と、改質器12と、燃焼器13と、燃料ガス供給部14と、改質水供給部15と、第1カソードガス供給部16と、第2カソードガス供給部17と、第1カソードガス供給量調整ポンプ16Aと、第2カソードガス供給量調整ポンプ17Aと、温度センサ18と、冷却液供給部としての冷却水調整弁31と、制御部50と、を備える。
As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 includes a
また、燃料電池システム1は、燃料ガス供給ラインL1と、改質水供給ラインL2と、アノードガス供給ラインL3と、カソードガス供給ラインL4と、アノードオフガスラインL5と、カソードオフガスラインL6と、排ガスラインL7と、冷却液ラインとしての冷却水ラインL8と、を備える。 Further, the fuel cell system 1 includes a fuel gas supply line L1, a reformed water supply line L2, an anode gas supply line L3, a cathode gas supply line L4, an anode offgas line L5, a cathode offgas line L6, and an exhaust gas. A line L7 and a cooling water line L8 as a coolant line are provided.
燃料ガス供給ラインL1の上流側端部は、燃料ガス供給部14に接続されている。燃料ガス供給ラインL1の下流側端部は、改質器12に接続されている。燃料ガス供給ラインL1には、燃料ガス供給部14から改質器12に供給される燃料ガスG1が流通する。
The upstream end of the fuel gas supply line L1 is connected to the fuel
改質水供給ラインL2の上流側端部は、改質水供給部15に接続されている。改質水供給ラインL2の下流側端部は、改質器12に接続されている。改質水供給ラインL2の途中には、後述する水分岐部J1が設けられている。改質水供給ラインL2には、改質水供給部15から改質器12に供給される改質水W1が流通する。
The upstream end of the reforming water supply line L2 is connected to the reforming
アノードガス供給ラインL3の上流側端部は、改質器12に接続されている。アノードガス供給ラインL3の下流側端部は、燃料電池11に接続されている。アノードガス供給ラインL3には、改質器12において生成されたアノードガス(改質ガス)G2が、燃料電池11に向けて流通する。アノードガス(改質ガス)G2には、水素や一酸化炭素、未反応のメタン、未利用の水蒸気等が含まれる。
なお、改質器12、燃料ガス供給部14、改質水供給部15、燃料ガス供給ラインL1及び改質水供給ラインL2は、燃料電池11にアノードガスG2を供給するアノードガス供給部20を構成する。
The upstream end of the anode gas supply line L3 is connected to the
The
カソードガス供給ラインL4は、第1カソードガス供給ラインL41と、第2カソードガス供給ラインL42と、第3カソードガス供給ラインL43と、カソードガス合流部J2を備える。 The cathode gas supply line L4 includes a first cathode gas supply line L41, a second cathode gas supply line L42, a third cathode gas supply line L43, and a cathode gas junction J2.
第1カソードガス供給ラインL41の上流側端部は、第1カソードガス供給部16に接続されている。第1カソードガス供給ラインL41の下流側端部は、カソードガス合流部J2に接続されている。第1カソードガス供給ラインL41の途中には、第1カソードガス供給量調整ポンプ16Aが設けられている。第1カソードガス供給ラインL41には、第1カソードガス供給部16から燃料電池11のカソードに供給される第1カソードガスとしての第1空気A11が、カソードガス合流部J2に向けて流通する。第1空気A11は、第1温度T1の空気である。また、第1カソードガス供給量調整ポンプ16Aは、入力される制御信号に応じて、カソードガス合流部J2に向けて流通する第1空気A11の量を調整する。
An upstream end portion of the first cathode gas supply line L41 is connected to the first cathode
第2カソードガス供給ラインL42の上流側端部は、第2カソードガス供給部17に接続されている。第2カソードガス供給ラインL42の下流側端部は、カソードガス合流部J2に接続されている。第2カソードガス供給ラインL42の途中には、第2カソードガス供給量調整ポンプ17Aが設けられている。第2カソードガス供給ラインL42には、第2カソードガス供給部17から燃料電池11のカソードに供給される第2カソードガスとしての第2空気A12が、カソードガス合流部J2に向けて流通する。第2空気A12は、第1温度T1よりも低い温度である第2温度T2の空気である。第2カソードガス供給部17は、冷却器(不図示)を備えており、冷却器(不図示)によって第2温度T2に冷却した空気を第2空気A12として供給する。また、第2カソードガス供給量調整ポンプ17Aは、入力される制御信号に応じて、カソードガス合流部J2に向けて流通する第2空気A12の量を調整する。
The upstream end of the second cathode gas supply line L42 is connected to the second cathode
第3カソードガス供給ラインL43の上流側端部は、カソードガス合流部J2に接続されている。第3カソードガス供給ラインL43の下流側端部は、燃料電池11に接続されている。第1カソードガス供給ラインL41を流通する第1空気A11と、第2カソードガス供給ラインL42を流通する第2空気A12とは、カソードガス合流部J2で合流して混合され、カソードガスA1となる。第3カソードガス供給ラインL43には、カソードガスA1が、燃料電池11に向けて流通する。
The upstream end portion of the third cathode gas supply line L43 is connected to the cathode gas junction portion J2. The downstream end of the third cathode gas supply line L43 is connected to the
なお、第1カソードガス供給部16、第2カソードガス供給部17、第1カソードガス供給量調整ポンプ16A、第2カソードガス供給量調整ポンプ17A及びカソードガス供給ラインL4(第1カソードガス供給ラインL41、第2カソードガス供給ラインL42及び第3カソードガス供給ラインL43)は、カソードガス供給部21を構成する。
The first cathode
カソードガスA1の温度は、第3カソードガス供給ラインL43を流通するカソードガスA1の量に占める第2空気A12の量の割合R(又は、第1カソードガス供給ラインL41を流通する第1空気A11の量と第2カソードガス供給ラインL42を流通する第2空気A12の量との比)によって、調整される。そして、第1カソードガス供給量調整ポンプ16A及び第2カソードガス供給量調整ポンプ17Aは、第3カソードガス供給ラインL43を流通するカソードガスA1の量に占める第2空気A12の量の割合R(又は、第1カソードガス供給ラインL41を流通する第1空気A11の量と第2カソードガス供給ラインL42を流通する第2空気A12の量との比)を調整することが可能である。よって、第1カソードガス供給量調整ポンプ16A及び第2カソードガス供給量調整ポンプ17Aは、カソードガス温度調整部22を構成する。
The temperature of the cathode gas A1 is the ratio R of the amount of the second air A12 to the amount of the cathode gas A1 flowing through the third cathode gas supply line L43 (or the first air A11 flowing through the first cathode gas supply line L41). And the ratio of the second air A12 flowing through the second cathode gas supply line L42). Then, the first cathode gas supply
なお、Rの上限は、100%であり、下限は0%である。R=100%の場合、カソードガスA1はすべて第2空気A12となるため、カソードガスA1の温度は、T2となる。また、R=0%の場合、カソードガスA1はすべて第1空気A11となるため、カソードガスA1の温度は、T1となる。すなわち、Rの値が変化すると、カソードガスA1の温度が変化する。 The upper limit of R is 100%, and the lower limit is 0%. When R = 100%, the cathode gas A1 is all the second air A12, and therefore the temperature of the cathode gas A1 is T2. When R = 0%, the cathode gas A1 is all the first air A11, and the temperature of the cathode gas A1 is T1. That is, when the value of R changes, the temperature of the cathode gas A1 changes.
アノードオフガスラインL5の上流側端部は、燃料電池11に接続されている。アノードオフガスラインL5の下流側端部は、燃焼器13に接続されている。アノードオフガスラインL5には、燃料電池11から排出されるアノードオフガスG3が、燃焼器13に向けて流通する。
The upstream end portion of the anode off gas line L5 is connected to the
カソードオフガスラインL6の上流側端部は、燃料電池11に接続されている。カソードオフガスラインL6の下流側端部は、燃焼器13に接続されている。カソードオフガスラインL6には、燃料電池11から排出されるカソードオフガスG4が、燃焼器13に向けて流通する。
The upstream end of the cathode offgas line L6 is connected to the
排ガスラインL7の上流側端部は、燃焼器13に接続されている。排ガスラインL7の下流側端部は、熱交換器等(不図示)に接続されている。排ガスラインL7には、燃焼器13から排出される排ガスG5が流通する。
The upstream end of the exhaust gas line L7 is connected to the
冷却水ラインL8は、燃料電池11の上流側に位置する第1冷却水ラインL81と、燃料電池11の内部に配置される第2冷却水ラインL82と、燃料電池11の下流側に配置される第3冷却水ラインL83と、で構成される。
The cooling water line L8 is disposed on the downstream side of the first cooling water line L81 located on the upstream side of the
第1冷却水ラインL81の上流側端部は、改質水供給ラインL2の途中に設けられた水分岐部J1に接続されている。第1冷却水ラインL81の下流側端部は、第2冷却水ラインL82の上流側端部に接続されている。
第2冷却水ラインL82の下流側は、第3冷却水ラインL83の上流側端部に接続されている。第2冷却水ラインL82は、燃料電池11の内部において、燃料電池11の燃料電池スタック(不図示)の近傍を通るように配置されている。
第3冷却水ラインL83の下流側端部は、熱交換器等(不図示)に接続されている。
The upstream end portion of the first cooling water line L81 is connected to a water branch portion J1 provided in the middle of the reforming water supply line L2. The downstream end of the first cooling water line L81 is connected to the upstream end of the second cooling water line L82.
The downstream side of the second cooling water line L82 is connected to the upstream end of the third cooling water line L83. The second cooling water line L <b> 82 is arranged inside the
The downstream end of the third cooling water line L83 is connected to a heat exchanger or the like (not shown).
第1冷却水ラインL81の途中には、冷却水調整弁31が設けられている。冷却水調整弁31が開放されている場合、改質水供給部15から供給される改質水W1の一部は、水分岐部J1で分岐し、冷却液としての冷却水W2として、冷却水ラインL8(第1冷却水ラインL81、第2冷却水ラインL82及び第3冷却水ラインL83)を流通する。冷却水調整弁31が閉鎖されている場合、改質水供給部15から供給される改質水W1は、冷却水調整弁31で止められるため、冷却水W2は冷却水ラインL8(第1冷却水ラインL81、第2冷却水ラインL82及び第3冷却水ラインL83)を流通しない。
A cooling
上述したように、第2冷却水ラインL82は、燃料電池11の内部において、燃料電池11の燃料電池スタック(不図示)の近傍を通るように配置されている。そのため、第2冷却水ラインL82を流通する冷却水W2と燃料電池11の燃料電池スタックとの間で、熱交換が行われる。すなわち、燃料電池11の燃料電池スタックの熱は、第2冷却水ラインL82を流通する冷却水W2に移動するため、燃料電池11の燃料電池スタックは冷却水W2によって冷却されることになる。
As described above, the second cooling water line L82 is arranged inside the
なお、冷却水ラインL8が「燃料電池11の近傍を通るように配置されている」とは、冷却水ラインL8を流通する冷却水W2と燃料電池11の燃料電池スタックとの間での熱交換が可能な程度に、冷却水ラインL8が燃料電池スタックに近い位置(接する位置を含む)に配置されていることを意味する。
Note that “the cooling water line L8 is disposed so as to pass through the vicinity of the
冷却水ラインL8に冷却水W2が流通すれば、燃料電池11は、冷却水W2により強制的に冷却されることになる。また、冷却水調整弁31の開閉によって、冷却水ラインL8において冷却水W2が流通するか否かが決定される。よって、冷却水調整弁31及び冷却水ラインL8は、燃料電池11を強制的に冷却する強制冷却部30を構成する。
If the cooling water W2 flows through the cooling water line L8, the
燃料電池11は、高温型の燃料電池であるSOFC(固体酸化物型燃料電池)である。燃料電池11は、複数の燃料電池セルが積層配置されて、燃料電池スタック(不図示)とされたものである。燃料電池11は、改質器12から供給されたアノードガスG2及びカソードガス供給部21から供給されたカソードガスA1を使用して発電する。より具体的には、燃料電池11は、アノードガスG2に含まれる水素及びカソードガスA1に含まれる酸素を使用して発電する。
The
改質器12は、燃料ガス供給部14から供給される燃料ガスG1及び改質水供給部15から供給される改質水W1を触媒上で反応させて、水(水蒸気)を含むアノードガスG2を生成する。このアノードガスG2は、燃料電池11に供給される。
The
燃焼器13は、燃料電池11から排出されるアノードオフガスG3及びカソードオフガスG4を燃焼させて、排ガスG5として排ガスラインL7に排出する。
The
温度センサ18は、燃料電池11の燃料電池スタック(不図示)近傍に設けられている。温度センサ18は、燃料電池スタック近傍の雰囲気温度を測定する。温度センサ18は、制御部50に電気的に接続されている。温度センサ18は、測定した温度を燃料電池11の温度Tcとして制御部50に出力する。なお、「温度センサ18」が「燃料電池スタックの近傍に設けられている」とは、温度センサ18が測定する温度が、燃料電池スタックの温度と同視し得るか、又は燃料電池スタックの温度と相関を持つ温度である程度に、「燃料電池スタック」に近い位置(接する位置も含む)に設けられていることを意味する。
The
制御部50は、第1カソードガス供給量調整ポンプ16A、第2カソードガス供給量調整ポンプ17A、冷却水調整弁31及び温度センサ18に電気的に接続されている。制御部50は、温度センサ18から出力された燃料電池11の温度Tcに基づいて、第1カソードガス供給量調整ポンプ16A及び第2カソードガス供給量調整ポンプ17Aを制御することにより、カソードガスA1の量に占める第2空気A12の量の割合R(又は、第3カソードガス供給ラインL43に供給する第1空気A11の量と第2空気A12の量との比)を調整する。また、制御部50は、第1カソードガス供給ラインL41に流通する第1空気A11の量、及び第2カソードガス供給ラインL42に流通する第2空気A12の量も調整することで、カソードガスA1の量も調整し得る。
The
上述したように、第1カソードガス供給量調整ポンプ16A及び第2カソードガス供給量調整ポンプ17Aは、カソードガス温度調整部22を構成する。制御部50は、温度センサ18から出力された燃料電池11の温度Tcに基づいて、カソードガスA1の温度を調整するようにカソードガス温度調整部22を制御する。よって、燃料電池11には、カソードガス温度調整部22により温度が調整されたカソードガスA1が供給される。そのため、カソードガス温度調整部22により温度が調整されたカソードガスA1は、燃料電池11(燃料電池スタック)を冷却することになる。カソードガスA1による燃料電池11(燃料電池スタック)の冷却は、燃料電池システム1が動作している限り、行われる冷却である。そのため、以下の説明において、カソードガスA1による燃料電池11(燃料電池スタック)の冷却のことを通常冷却ということがある。
As described above, the first cathode gas supply
上述したように、冷却水調整弁31及び冷却水ラインL8は、強制冷却部30を構成する。制御部50は、通常冷却では燃料電池11を十分に冷却できないと判断した場合、強制冷却部30を動作させる。より具体的には、制御部50は、通常冷却では燃料電池11を十分に冷却できないと判断した場合、冷却水調整弁31を開放することによって、冷却水ラインL8に冷却水W2を流通させる。強制冷却部30による冷却は、燃料電池システム1の動作とは無関係に行われる冷却である。そのため、以下の説明において、強制冷却部30による燃料電池11の冷却のことを強制冷却ということがある。
As described above, the cooling
また、以下の説明において、制御部50が、通常冷却で燃料電池11を十分に冷却できるか否かを判断する際に使用する条件のことを「通常冷却制御可能条件」ということがある。通常冷却制御可能条件が満たされる場合、制御部50は、通常冷却で燃料電池11を十分に冷却できると判断し、通常冷却制御可能条件が満たされない場合、制御部50は、通常冷却では燃料電池11を十分に冷却できないと判断する。
In the following description, the condition used when the
よって、通常冷却制御可能条件が満たされる場合に、制御部50は、強制冷却部30を作動させないように制御するとともに、温度センサ18により測定される燃料電池11の温度Tcに基づいてカソードガスA1の温度を調整するようにカソードガス温度調整部22を制御し、カソードガス供給部21は、カソードガス温度調整部22により温度が調整されたカソードガスA1によって燃料電池11を通常冷却する。また、通常冷却制御可能条件が満たされない場合に、制御部50は、強制冷却部30を作動させるように制御し、強制冷却部30は、燃料電池11を強制的に冷却する。
Therefore, when the normal cooling controllable condition is satisfied, the
次に、本実施形態の燃料電池システム1において、制御部50が行う制御(強制冷却の制御)について、図2のフローチャートを参照しながら説明する。図2は、本発明の実施形態の燃料電池システム1における制御部50の制御を示すフローチャートである。
Next, the control (forced cooling control) performed by the
図2に示すように、ステップST101において、制御部50は、温度センサ18から出力される燃料電池11の温度Tcを取得する。
As shown in FIG. 2, in step ST <b> 101, the
ステップST102において、制御部50は、取得した燃料電池11の温度Tcに基づいて、カソードガスA1の量に占める第2空気A12の量の割合R(以下、第2空気割合Rという。)をR1に決定する。そして、制御部50は、第2空気割合RをR1に設定する制御信号をカソードガス温度調整部22に出力する。
In step ST102, based on the acquired temperature Tc of the
なお、R1は、以下のような考え方に基づいて決定される。燃料電池11の温度Tcが相対的に高いほど、燃料電池11の冷却の必要性は相対的に高くなる。一方、第2空気割合Rが相対的に大きいほど、カソードガスA1の温度は相対的に低くなるため、通常冷却の能力は高くなる。また、第2空気割合Rが相対的に小さければ、カソードガスA1の温度は相対的に高くなるため、通常冷却の能力は低くなる。よって、制御部50は、燃料電池11の温度Tcが大きくなるにしたがって第2空気割合Rを大きくし、カソードガスA1の温度を低くする制御を行う。よって、R1は、例えば、燃料電池11の温度Tcと第2空気割合Rとを対応させた表や関数等(燃料電池11の温度Tcが高くなるに従って、第2空気割合Rが大きくなる表や関数等)を用いて決定される。
R1 is determined based on the following concept. The higher the temperature Tc of the
ステップST103において、制御部50は、通常冷却制御可能条件が満たされているか否かを判断する。ここでは、通常冷却制御可能条件として、R1が基準割合R0以下の割合であるという条件が使用される。
In step ST103, the
よって、ステップST103において、制御部50は、R1と予め設定・保持しておいた基準割合R0とを比較する。制御部50により、R1≦R0であると判定された場合(YES)に、処理はステップST104へ移行する。また、制御部50により、R1≦R0でないと判定された場合(NO)に、処理はステップST105へ移行する。なお、基準割合R0は、許容される燃料電池11の温度Tc、第1温度T1及び第2温度T2等に応じて、適宜決定される。
Therefore, in step ST103, the
ステップST104において、制御部50は、強制冷却部30を動作させない制御信号を強制冷却部30に出力する。より具体的には、制御部50は、冷却水調整弁31を閉鎖させる制御信号を冷却水調整弁31に出力する。そのため、冷却水ラインL8には、冷却水W2は流通しない。
In step ST <b> 104, the
ステップST102及びST104では、制御部50は、強制冷却部30を作動させないように制御するとともに、温度センサ18により測定される燃料電池11の温度Tcに基づいてカソードガスA1の温度を調整するようにカソードガス温度調整部22を制御していることになる。よって、カソードガス供給部21は、カソードガス温度調整部22により温度が調整されたカソードガスA1によって燃料電池11を通常冷却する。一方、強制冷却部30は、燃料電池11を冷却しない。
In steps ST102 and ST104, the
ステップST105において、制御部50は、強制冷却部30を作動させる制御信号を強制冷却部30に出力する。より具体的には、制御部50は、冷却水調整弁31を開放させる制御信号を冷却水調整弁31に出力する。この制御により、冷却水W2が冷却水ラインL8を流通する。冷却水ラインL8を流通する冷却水W2は、燃料電池11の内部において、燃料電池スタックの熱を吸熱することによって、燃料電池11を冷却する。よって、強制冷却部30は、燃料電池11を強制冷却する。また、カソードガス供給部21は、カソードガス温度調整部22により温度が調整されたカソードガスA1によって燃料電池11を通常冷却する。
In step ST <b> 105, the
制御部50が、ST104又はST105におけるいずれかの制御を行った後、本フローチャートの処理は終了する(ステップST101へリターンする。)。
After the
ステップST103において、制御部50が、R1と基準割合R0とを比較する理由は、次の通りである。
R1≦R0である場合、カソードガスA1の量に占める第2空気A12の量の割合は、相対的に小さい。よって、R1が大きくなれば、カソードガスA1の温度は下がる状態である。すなわち、通常冷却の能力に余力がある。よって、R1≦R0である場合、燃料電池11の冷却は通常冷却で足り、強制冷却を行う必要はない。
The reason why the
When R1 ≦ R0, the ratio of the amount of the second air A12 to the amount of the cathode gas A1 is relatively small. Therefore, when R1 increases, the temperature of the cathode gas A1 is in a state of decreasing. That is, there is a surplus in the normal cooling capacity. Therefore, when R1 ≦ R0, the cooling of the
一方、R1≦R0でない場合、カソードガスA1の量に占める第2空気A12の量の割合は、十分に大きく、R1を大きくしても、カソードガスA1の温度は下がらない状態(又は下がりにくい状態)である。すなわち、通常冷却の能力に余力がない。ここで、R1は、燃料電池11の温度Tcに基づいて決められるものであるから、R1≦R0でない場合、カソードガスA1の温度は下がらない状態(又は下がりにくい状態)となっているにも関わらず、燃料電池11の温度Tcは高い状態になっていることが分かる。すなわち、R1≦R0でない状態は、通常冷却だけでは、燃料電池11の温度が十分に下がらない状態である。この場合、強制冷却を行う必要がある。
よって、ステップST103の処理は、強制冷却を行う必要があるか否かを判断するために行われる。
On the other hand, when R1 ≦ R0 is not satisfied, the ratio of the amount of the second air A12 to the amount of the cathode gas A1 is sufficiently large, and even when R1 is increased, the temperature of the cathode gas A1 does not decrease (or is difficult to decrease). ). That is, there is no surplus in the normal cooling capacity. Here, since R1 is determined based on the temperature Tc of the
Therefore, the process of step ST103 is performed to determine whether or not forced cooling is necessary.
本実施形態の燃料電池システム1は、アノード及びカソードを有する燃料電池11と、燃料電池11のアノードにアノードガスG2を供給するアノードガス供給部20と、燃料電池11のカソードにカソードガスA1を供給するカソードガス供給部21であって、カソードガスA1の温度を調整するカソードガス温度調整部22を有し、カソードガス温度調整部22により温度が調整されたカソードガスA1をカソードに供給するカソードガス供給部21と、燃料電池11の温度Tcを測定する温度センサ18と、燃料電池11を強制的に冷却する強制冷却部30と、カソードガス温度調整部22及び強制冷却部30を制御する制御部50と、を備えている。そして、通常冷却制御可能条件が満たされる場合に、制御部50は、強制冷却部30を作動させないように制御するとともに、温度センサ18により測定される燃料電池11の温度Tcに基づいてカソードガスA1の温度を調整するようにカソードガス温度調整部22を制御し、カソードガス供給部21は、カソードガス温度調整部22により温度が調整されたカソードガスA1によって燃料電池11を冷却し、通常冷却制御可能条件が満たされない場合に、制御部50は、強制冷却部30を作動させるように制御し、強制冷却部30は、燃料電池11を強制的に冷却する。
そのため、本実施形態の燃料電池システム1によれば、燃料電池11を効果的に冷却することが可能な燃料電池システムを提供することができる。
The fuel cell system 1 of this embodiment includes a
Therefore, according to the fuel cell system 1 of the present embodiment, a fuel cell system capable of effectively cooling the
また、本実施形態の燃料電池システム1において、カソードガス供給部21は、第1温度T1を有する第1カソードガスとしての第1空気A11をカソードに供給する第1カソードガス供給部16と、第1温度T1よりも低い温度である第2温度T2を有する第2カソードガスとしての第2空気A12をカソードに供給する第2カソードガス供給部17と、を有している。そして、カソードガス供給部21は、第1空気A11及び第2空気A12の一方又は両方をカソードガスA1として供給する。更に、カソードガス温度調整部22は、カソードガスA1の量に占める第2空気A12の量の割合Rを調整することによって、カソードガスA1の温度を調整する。
そのため、本実施形態の燃料電池システム1によれば、カソードガスA1の温度を適切に調整することが可能である。
In the fuel cell system 1 of the present embodiment, the cathode
Therefore, according to the fuel cell system 1 of the present embodiment, it is possible to appropriately adjust the temperature of the cathode gas A1.
また、本実施形態の燃料電池システム1において、通常冷却制御可能条件は、カソードガスA1の量に占める第2空気A12の量の割合Rが基準割合R0以下の割合であるという条件である。
そのため、本実施形態の燃料電池システム1によれば、強制冷却部30を作動させるか否かを適切に判断することが可能である。
Further, in the fuel cell system 1 of the present embodiment, the normal cooling controllable condition is a condition that the ratio R of the amount of the second air A12 in the amount of the cathode gas A1 is a ratio equal to or less than the reference ratio R0.
Therefore, according to the fuel cell system 1 of the present embodiment, it is possible to appropriately determine whether or not the forced cooling
また、本実施形態の燃料電池システム1において、強制冷却部30は、冷却液としての冷却水W2を供給する冷却液供給部としての冷却水調整弁31と、燃料電池スタック近傍に設けられ、冷却水調整弁31から供給される冷却水W2が流通する冷却水ラインL8(第2冷却水ラインL82)と、を有し、冷却水ラインL8(第2冷却水ラインL82)を流通する冷却水W2との熱交換によって燃料電池11を冷却する。
そのため、本実施形態の燃料電池システム1によれば、効果的に燃料電池11を強制冷却することが可能である。
In the fuel cell system 1 of the present embodiment, the forced cooling
Therefore, according to the fuel cell system 1 of the present embodiment, the
以上、本発明の本実施形態について説明した。しかし、本発明は、上記実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的範囲において種々に変形可能である。 The present embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified within the technical scope described in the claims.
上記実施形態では、強制冷却が行われる際、通常冷却も行われていたが、これに限定されない。強制冷却が行われる際、通常冷却は行われないようにしてもよい。 In the above embodiment, when forced cooling is performed, normal cooling is also performed, but the present invention is not limited to this. When forced cooling is performed, normal cooling may not be performed.
上記実施形態では、カソードガス供給部21は、2つのカソードガス供給部(すなわち、第1カソードガス供給部16及び第2カソードガス供給部17)を有していたが、これに限定されない。カソードガス供給部21は、3つ以上のカソードガス供給部を有していてもよい。この場合、3つ以上のカソードガス供給部から供給されるカソードガスの温度は、互いに異なる温度であることが好ましい。
In the above-described embodiment, the cathode
上記実施形態では、カソードガス供給部21は、2つのカソードガス供給源(すなわち、第1カソードガス供給部16及び第2カソードガス供給部17)を有しており、カソードガス温度調整部22は、カソードガスA1の量に占める第2空気A12の量の割合Rを調整することによって、カソードガスA1の温度を調整していたが、これに限定されない。カソードガス供給部21は、1つのカソードガス供給源であり、カソードガス温度調整部22が、1つのカソードガス供給源から供給されるカソードガスの温度を調整する冷却器であってもよい。
In the above embodiment, the cathode
上記実施形態では、通常冷却制御可能条件は、第2空気割合Rが基準割合R0以下の割合であるという条件であったが、これに限定されない。例えば、通常冷却制御可能条件は、燃料電池11に供給されるカソードガスA1の温度が所定温度以下という条件、燃料電池11の温度Tcが所定時間以内に所定温度以下になるという条件等であってもよい。
In the above embodiment, the normal cooling controllable condition is a condition that the second air ratio R is a ratio equal to or less than the reference ratio R0, but is not limited thereto. For example, the normal cooling controllable conditions are a condition that the temperature of the cathode gas A1 supplied to the
上記実施形態では、強制冷却部30は、冷却水ラインL8は、改質水供給ラインL2の途中に設けられた水分岐部J1に接続されたものであり、冷却水W2は、改質水供給部15から供給されたものであったが、これに限定されない。冷却水ラインL8が水分岐部J1に接続されておらず、冷却水W2は改質水供給部15とは別の冷却水供給部から供給されたものであってもよい。
In the above embodiment, the forced cooling
上記実施形態では、強制冷却部30で使用される流体は水であったが、水に限定されない。強制冷却部30で使用される流体は、燃料電池11を冷却できる流体であればよい。
In the said embodiment, although the fluid used with the forced cooling
上記実施形態では、強制冷却部30は、冷却水調整弁31と冷却水ラインL8で構成されていたが、これに限定されない。例えば、強制冷却部30は、循環式の冷媒を用いた冷却器であってもよい。
In the said embodiment, although the forced cooling
1 燃料電池システム
11 燃料電池
16 第1カソードガス供給部
17 第2カソードガス供給部
18 温度センサ
20 アノードガス供給部
21 カソードガス供給部
22 カソードガス温度調整部
30 強制冷却部
31 冷却液供給部(冷却水調整弁)
50 制御部
G2 アノードガス(改質ガス)
A1 カソードガス
A11 第1空気(第1カソードガス)
A12 第2空気(第2カソードガス)
W2 冷却水(冷却液)
L8 冷却水ライン(冷却液ライン)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
50 Control unit G2 Anode gas (reformed gas)
A1 Cathode gas A11 First air (first cathode gas)
A12 Second air (second cathode gas)
W2 Cooling water (coolant)
L8 Cooling water line (cooling liquid line)
Claims (4)
前記燃料電池にアノードガスを供給するアノードガス供給部と、
前記燃料電池にカソードガスを供給するカソードガス供給部であって、カソードガスの温度を調整するカソードガス温度調整部を有し、前記カソードガス温度調整部により温度が調整されたカソードガスを前記燃料電池に供給するカソードガス供給部と、
前記燃料電池の温度を測定する温度センサと、
前記燃料電池を強制的に冷却する強制冷却部と、
前記カソードガス温度調整部及び前記強制冷却部を制御する制御部と、
を備え、
通常冷却制御可能条件が満たされる場合に、前記制御部は、前記強制冷却部を作動させないように制御するとともに、前記温度センサにより測定される前記燃料電池の温度に基づいてカソードガスの温度を調整するように前記カソードガス温度調整部を制御し、前記カソードガス供給部は、前記カソードガス温度調整部により温度が調整されたカソードガスによって前記燃料電池を通常冷却し、
前記通常冷却制御可能条件が満たされない場合に、前記制御部は、前記強制冷却部を作動させるように制御し、前記強制冷却部は、前記燃料電池を強制的に冷却する
燃料電池システム。 A fuel cell having an anode and a cathode;
An anode gas supply unit for supplying an anode gas to the fuel cell;
A cathode gas supply unit for supplying a cathode gas to the fuel cell, the cathode gas temperature adjusting unit for adjusting the temperature of the cathode gas, and the cathode gas whose temperature is adjusted by the cathode gas temperature adjusting unit as the fuel A cathode gas supply unit for supplying the battery;
A temperature sensor for measuring the temperature of the fuel cell;
A forced cooling section for forcibly cooling the fuel cell;
A control unit for controlling the cathode gas temperature adjusting unit and the forced cooling unit;
With
When the normal cooling controllable condition is satisfied, the control unit controls the forced cooling unit not to operate and adjusts the temperature of the cathode gas based on the temperature of the fuel cell measured by the temperature sensor. Controlling the cathode gas temperature adjusting unit, the cathode gas supply unit normally cooling the fuel cell with the cathode gas whose temperature is adjusted by the cathode gas temperature adjusting unit,
The control unit controls the forced cooling unit to operate when the normal cooling controllable condition is not satisfied, and the forced cooling unit forcibly cools the fuel cell.
前記カソードガス温度調整部は、カソードガスの量に占める第2カソードガスの量の割合を調整することによって、カソードガスの温度を調整する
請求項1に記載の燃料電池システム。 The cathode gas supply unit includes a first cathode gas supply unit that supplies a first cathode gas having a first temperature to the fuel cell, and a second cathode gas that has a second temperature that is lower than the first temperature. A second cathode gas supply unit for supplying the fuel cell with one or both of the first cathode gas and the second cathode gas,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the cathode gas temperature adjusting unit adjusts a temperature of the cathode gas by adjusting a ratio of an amount of the second cathode gas to an amount of the cathode gas.
請求項2に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 2, wherein the normal cooling controllable condition is a condition that a ratio of the amount of the second cathode gas in the amount of the cathode gas is a ratio equal to or less than a reference ratio.
請求項1から3のいずれかに記載の燃料電池システム。 The forced cooling section includes a cooling liquid supply section that supplies a cooling liquid, and a cooling liquid line that is provided in the vicinity of the fuel cell and through which the cooling liquid supplied from the cooling liquid supply section flows, The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the fuel cell is cooled by heat exchange with a coolant flowing through a coolant line.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014243940 | 2014-12-02 | ||
JP2014243940 | 2014-12-02 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016110967A true JP2016110967A (en) | 2016-06-20 |
Family
ID=56124677
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015052924A Pending JP2016110967A (en) | 2014-12-02 | 2015-03-17 | Fuel cell system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2016110967A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107978777A (en) * | 2016-10-25 | 2018-05-01 | 罗伯特·博世有限公司 | Fuel-cell device |
JP7463955B2 (en) | 2020-12-02 | 2024-04-09 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel Cell Systems |
-
2015
- 2015-03-17 JP JP2015052924A patent/JP2016110967A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107978777A (en) * | 2016-10-25 | 2018-05-01 | 罗伯特·博世有限公司 | Fuel-cell device |
JP7463955B2 (en) | 2020-12-02 | 2024-04-09 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel Cell Systems |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9306231B2 (en) | Back-up fuel cell electric generator comprising a compact manifold body, and methods of managing the operation thereof | |
GB2495053A (en) | Fuel cell system | |
KR20040082317A (en) | Fuel cell system and method for hydrogen storage | |
JP5064861B2 (en) | FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING FUEL CELL SYSTEM | |
JP2017054648A (en) | Fuel cell system | |
JP4758741B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2008277280A (en) | Fuel cell system and operation method of fuel cell system | |
JP6299684B2 (en) | Fuel cell system | |
JP5645645B2 (en) | Solid oxide fuel cell device | |
CN102439774B (en) | Fuel cell system and method for controlling same | |
JP2016110967A (en) | Fuel cell system | |
US10020521B2 (en) | Fuel cell cogeneration system, method of starting operation of the fuel cell cogeneration system, and method of operating the fuel cell cogeneration system | |
JP6575621B2 (en) | Fuel cell system and operation method thereof | |
JP2021103642A (en) | Fuel cell system | |
JP6520252B2 (en) | Fuel cell system | |
JP6304430B1 (en) | Fuel cell system and operation method thereof | |
JP2017183222A (en) | Fuel cell system | |
JP6167477B2 (en) | Fuel cell system | |
JP6492874B2 (en) | Fuel cell system | |
JP6492873B2 (en) | Fuel cell system | |
JP7563289B2 (en) | Fuel Cell Cooling System | |
JP7359029B2 (en) | fuel cell system | |
KR20200002059A (en) | Fuel cell system | |
JP2002343392A (en) | Fuel cell system | |
JP2007311314A (en) | Fuel cell system |