JP2016115533A - Fuel battery system, operation method for the same, fuel container and inactive gas discharge method - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態は、燃料電池システムおよびその動作方法、燃料容器および不活性ガス排出方法に関する。 The present embodiment relates to a fuel cell system and an operation method thereof, a fuel container, and an inert gas discharge method.
従来、水を供給して水素ガスを発生させる固体水素発生源としては、鉄、アルミニウム等の金属を主成分とするものや、水素化マグネシウムや水素化カルシウム等の水素化金属化合物を主成分とするものが知られている。 Conventionally, as a solid hydrogen generation source that supplies water to generate hydrogen gas, a main component is a metal such as iron or aluminum, or a main component is a metal hydride compound such as magnesium hydride or calcium hydride. What to do is known.
また、水素化カルシウム等を固体水素発生源として、水との反応で発生した水素を供給して発電する固体高分子型の燃料電池を用いた燃料電池システムも種々提案されている。 Various fuel cell systems using solid polymer fuel cells that generate electricity by supplying hydrogen generated by reaction with water using calcium hydride or the like as a solid hydrogen generation source have been proposed.
燃料電池では水素を電気に変化させる電解質膜を用いており、電流を取り出していない時でも内部消費を行うために水素でのリークチェックが不可欠である。 The fuel cell uses an electrolyte membrane that changes hydrogen into electricity, and a leak check with hydrogen is indispensable in order to perform internal consumption even when no current is taken out.
従来リークチェックは、専門のエンジニアがシステムを引き取ってのチェックを余儀なくされていた。 Traditionally, leak checking has been carried out by a specialized engineer who takes over the system.
固体水素発生源をボトルに詰め込んだ燃料電池システムにおいて、安全にボトルの持ち運びを行うために、通常、ボトルに不活性ガス(窒素など)を満たして運搬する。 In a fuel cell system in which a solid hydrogen generation source is packed in a bottle, in order to carry the bottle safely, the bottle is usually filled with an inert gas (such as nitrogen).
不活性ガスで満たした燃料ボトルを用いた固体水素源を用いた燃料電池システムにおいて、燃料電池システムの水素リークのテスト方法が課題となっていた。 In a fuel cell system using a solid hydrogen source using a fuel bottle filled with an inert gas, a method for testing a hydrogen leak of the fuel cell system has been an issue.
固体水素源を用いた燃料電池システムでは水素のリークを測定する手段がなかった。 In a fuel cell system using a solid hydrogen source, there was no means for measuring hydrogen leakage.
また、このような固体水素源を用いた燃料電池システムの起動の際のシーケンスについては明確化されていない。 Moreover, the sequence at the time of starting the fuel cell system using such a solid hydrogen source is not clarified.
本発明者らは、実際にシステムを起動させるには不活性ガスは必要のないものであるが、発電セルユニットで消費されない特性を生かして、リークチェックに使用することを検討した。 The inventors of the present invention did not need an inert gas to actually start the system, but considered using it for a leak check taking advantage of the fact that it is not consumed by the power generation cell unit.
本実施の形態は、不活性ガスを水素リークチェックに適用した燃料電池システムおよびその動作方法、燃料容器および不活性ガス排出方法を提供する。 The present embodiment provides a fuel cell system in which an inert gas is applied to a hydrogen leak check, an operation method thereof, a fuel container, and an inert gas discharge method.
本実施の形態の一態様によれば、内部空間の圧力により反応液を加圧して排出する加圧容器と、前記加圧容器から供給された反応液と反応して水素を発生させる固体水素源を不活性ガスによる気密状態で収容する燃料容器と、水素が供給されるアノードを有し、アノードに供給された水素で発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に接続され、前記不活性ガスの排気用の排気管と、前記燃料容器に接続され、前記燃料電池に水素を供給する水素供給管と、前記加圧容器に接続され、前記燃料容器に反応液を供給する反応液供給管と、前記燃料容器に連通し、水素の流入を許容する逆止弁を介して前記加圧容器に接続された加圧配管と、前記水素供給管に配置された第1の電磁弁と、
前記排気管に接続された第2の電磁弁と、前記反応液供給管に配置された第3の電磁弁とを備える燃料電池システムが提供される。
According to one aspect of the present embodiment, a pressurized container that pressurizes and discharges the reaction liquid by the pressure in the internal space, and a solid hydrogen source that reacts with the reaction liquid supplied from the pressurized container to generate hydrogen. A fuel container that contains an inert gas in an airtight state, an anode to which hydrogen is supplied, a fuel cell that generates power using hydrogen supplied to the anode, and a fuel cell connected to the fuel cell, An exhaust pipe for exhaust, a hydrogen supply pipe connected to the fuel container and supplying hydrogen to the fuel cell, a reaction liquid supply pipe connected to the pressurization container and supplying a reaction liquid to the fuel container, A pressurization pipe connected to the pressurization container via a check valve that communicates with the fuel container and allows the inflow of hydrogen; a first electromagnetic valve disposed in the hydrogen supply pipe;
There is provided a fuel cell system including a second electromagnetic valve connected to the exhaust pipe and a third electromagnetic valve arranged in the reaction liquid supply pipe.
本実施の形態の他の態様によれば、不活性ガスと、前記不活性ガスによる気密状態で収容する固体水素源とを備える燃料容器が提供される。 According to the other aspect of this Embodiment, a fuel container provided with an inert gas and the solid hydrogen source accommodated in the airtight state by the said inert gas is provided.
本実施の形態の他の態様によれば、燃料容器を装着するステップと、電源を投入するステップと、第1の圧力検出器および第2の圧力検出器を監視して、第1のリークチェックを実施するステップと、第1の電磁弁および第2の電磁弁を開放状態にして、水圧と水素圧の差圧が第1の圧力値となるように水圧を調整するステップと、前記第1の電磁弁の開放状態を維持し、前記第2の電磁弁を閉じて、第2のリークチェックを実施するステップと、前記第1の電磁弁の開放状態および前記第2の電磁弁の閉状態を維持し、第3の電磁弁を開放状態にして給水を開始し、水圧の上昇を待つステップと、前記第1の電磁弁の開放状態を維持し、前記第3の電磁弁を開じ、前記差圧が第2の圧力値となるように前記第2の電磁弁の開閉状態を調整して、発生する水素濃度の上昇を待つステップと、前記第1の電磁弁の開放状態を維持し、前記第3の電磁弁を開放状態にして、前記差圧ΔPが第3の圧力値となるように前記第2の電磁弁の開閉状態を調整して、発生する水素濃度が上昇した後、定常動作に移行するステップとを有する燃料電池システムの動作方法が提供される。 According to another aspect of the present embodiment, the first leak check is performed by monitoring the step of mounting the fuel container, the step of turning on the power, the first pressure detector and the second pressure detector. Performing the following steps: opening the first solenoid valve and the second solenoid valve, adjusting the water pressure so that the differential pressure between the water pressure and the hydrogen pressure becomes the first pressure value; Maintaining the open state of the electromagnetic valve, closing the second electromagnetic valve, and performing a second leak check, and the open state of the first electromagnetic valve and the closed state of the second electromagnetic valve Maintaining the third electromagnetic valve and starting the water supply with the third electromagnetic valve open, and waiting for the increase in water pressure, maintaining the first electromagnetic valve open, and opening the third electromagnetic valve, The open / close state of the second solenoid valve is adjusted so that the differential pressure becomes the second pressure value. A step of waiting for an increase in the generated hydrogen concentration, and maintaining the open state of the first electromagnetic valve so that the third electromagnetic valve is open, so that the differential pressure ΔP becomes the third pressure value. And adjusting the open / closed state of the second electromagnetic valve to increase the concentration of the generated hydrogen and then proceeding to a steady operation.
本実施の形態の他の態様によれば、内部空間の圧力により反応液を加圧して排出する加圧容器と、前記加圧容器から供給された反応液と反応して水素を発生させる固体水素源を不活性ガスによる気密状態で収容する燃料容器と、水素が供給されるアノードを有し、アノードに供給された水素で発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に接続され、前記不活性ガスの排気用の排気管と、前記燃料容器に接続され、前記燃料電池に水素を供給する水素供給管と、前記加圧容器に接続され、前記燃料容器に反応液を供給する反応液供給管と、前記燃料容器に連通し、水素の流入を許容する逆止弁を介して前記加圧容器に接続された加圧配管と、前記水素供給管に配置された第1の電磁弁と、前記排気管に接続された第2の電磁弁と、前記反応液供給管に配置された第3の電磁弁と、前記燃料電池と前記第2の電磁弁との間の前記排気管に配置された水素燃焼用セルと水素検知用セルと、前記水素検知用セルの出力に接続され、前記第2の電磁弁のオンオフ制御の基準電圧と比較するコンパレータとを備える燃料電池システムの不活性ガス排出方法であって、前記水素検知用セルの監視電圧が前記基準電圧よりも大であれば水素濃度は十分であると判断し、前記第2の電磁弁を閉じ、前記不活性ガスの排出を停止するステップと、前記水素検知用セルの監視電圧が前記基準電圧以下であれば不活性ガスの排出を行うステップとを有する不活性ガス排出方法が提供される。 According to another aspect of the present embodiment, a pressurized container that pressurizes and discharges the reaction liquid by the pressure in the internal space, and solid hydrogen that reacts with the reaction liquid supplied from the pressurized container to generate hydrogen. A fuel container that contains a source in an airtight state with an inert gas, a fuel cell that has an anode to which hydrogen is supplied, and that generates power using the hydrogen supplied to the anode, and is connected to the fuel cell, and the inert gas An exhaust pipe for exhaust, a hydrogen supply pipe connected to the fuel container and supplying hydrogen to the fuel cell, a reaction liquid supply pipe connected to the pressurization container and supplying a reaction liquid to the fuel container, A pressure pipe connected to the pressure container via a check valve that allows hydrogen to flow in, a first solenoid valve disposed in the hydrogen supply pipe, and the exhaust A second solenoid valve connected to the pipe, and the reaction liquid supply pipe A third electromagnetic valve disposed; a hydrogen combustion cell disposed in the exhaust pipe between the fuel cell and the second electromagnetic valve; a hydrogen detection cell; and an output of the hydrogen detection cell. An inert gas discharge method for a fuel cell system, which is connected and has a comparator for comparing with a reference voltage for on / off control of the second solenoid valve, wherein a monitoring voltage of the hydrogen detection cell is larger than the reference voltage. If it is determined that the hydrogen concentration is sufficient, the step of closing the second solenoid valve and stopping the discharge of the inert gas, and the monitoring voltage of the hydrogen detection cell is less than the reference voltage An inert gas discharge method is provided that includes a step of discharging the inert gas.
本実施の形態によれば、不活性ガスを水素リークチェックに適用した燃料電池システムおよびその動作方法、燃料容器および不活性ガス排出方法を提供することができる。 According to the present embodiment, it is possible to provide a fuel cell system in which an inert gas is applied to a hydrogen leak check, an operation method thereof, a fuel container, and an inert gas discharge method.
次に、図面を参照して、実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。 Next, embodiments will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
又、以下に示す実施の形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。 Further, the embodiment described below exemplifies an apparatus and a method for embodying the technical idea, and in this embodiment, the material, shape, structure, arrangement, etc. of the component parts are described below. It is not something specific. This embodiment can be modified in various ways within the scope of the claims.
(燃料電池システム)
基本技術に係る燃料電池システム20Aの概略構成は、図1に示すように表される。また、基本技術に係る燃料電池システム20Aの構成例を示すブロック図は、図2に示すように表される。また、基本技術に係る燃料電池システム20Aにおいて、制御装置26の模式的ブロック構成は、図3に示すように表される。また、水素化カルシウムと水との化学反応を模式的に示す説明図は、図4に示すように表され、基本技術に係る燃料電池システム20Aに適用される燃料電池の構成例を示す概略構成は、図5に示すように表される。
(Fuel cell system)
A schematic configuration of the
基本技術に係る燃料電池システム20Aは、図1に示すように、ボトル状の燃料容器50A内に水を含む反応液を供給して水素を発生させる水素発生手段21と、発生した水素を供給して発電を行う固体高分子型の燃料電池30と、水素発生手段21で発生した水素を燃料電池30に供給する水素供給管15とを備える。
As shown in FIG. 1, the
水で構成される反応液11は、加圧容器10に貯留されている。加圧容器10には、容器内に圧力(水素圧等)を印加する加圧装置12および加圧配管13が設けられている。
A
加圧容器10内の圧力は、大気圧以上であればよいが、好ましくはゲージ圧として、例えば、約500kPa以下の一定範囲、より好ましくは300kPa以下の一定範囲で制御されていることが望ましい。このような圧力の制御は、系内に設ける安全弁(図示せず)の圧力設定によって制御することができる。
The pressure in the pressurized
また、加圧によって押し出された反応液11を固体水素源1Aに供給する反応液供給管14が設けられている。
Further, a reaction
なお、反応液供給管14には、反応液の流量を制限する流量制限部を設けることが好ましい。これにより、圧力差により供給される反応液の流量を適度に調整することができる。
The reaction
そして、反応液供給管14の一端は、固体水素源1Aの上方まで延設され、供給されて来る反応液11aが固体水素源1A上に滴下されるように構成されている。
One end of the reaction
燃料容器50Aには、発生した水素を燃料電池30に供給する水素供給管15が接続されている。
A
そして、燃料電池30で発電された電気は、例えばスマートフォン等で構成される外部負荷40に給電されるようになっている。
The electricity generated by the
ここで、図2のブロック図を参照して、燃料電池システム20のより具体的な構成について説明する。
Here, a more specific configuration of the
基本技術に係る燃料電池システム20Aは、図2に示すように、発電部25と、発電部25から出力されるDC電流Ifcによって供給されるDC電圧のDC/DC変換等を行う電源回路28と、発電部25の発電量の過不足を吸収するリチウムイオンバッテリ(LIB:Lithium Ion Battery)29と、発電部25における水圧、水素圧等に基づいて電源回路28およびLIB29を制御するためのCPU27を備える制御装置26とを備える。
As shown in FIG. 2, the
加圧容器10には燃料電池セル(燃料電池)30に接続される加圧配管(水素配管)13が接続され、加圧容器10内を水素によって加圧するようになっている。
A pressurization pipe (hydrogen pipe) 13 connected to the fuel cell (fuel cell) 30 is connected to the
電源回路28は、燃料電池セル(燃料電池)30から出力されるDC電流Ifcが供給されるDC/DCコンバータ35および外部からの電流の逆流を阻止するダイオード36を備える。
The
LIB29は、LIBセル29aを備える。
The
また、CPU27は、DC/DCコンバータ35から出力される電流Ioutが外部負荷要求で決まる負荷電流Iloadより大きい場合には、余剰分の電流をLIBセル29aに充電し、電流Ioutが負荷電流Iloadより少ない場合には、LIBセル29aから不足分の電流(Ilib)を供給するように制御する。
Further,
このように、基本技術に係る燃料電池システム20Aによれば、各種装置等からの外部負荷要求に対して、要求を満たす電流を安定して供給することができる。
As described above, according to the
制御装置26は、図3に示すように、CPU27と、CPU27に接続される表示装置46・温度センサ48・圧力センサ54・電圧モニタ56・バルブセンサ52を備える。また、CPU27は、発電部25・電源回路28・LIB29に接続され,各部を制御可能である。
As shown in FIG. 3, the
ここで、固体水素源1Aを構成する水素化カルシウム(CaH2)と、反応液11を構成する水(H2O)との化学反応は図4に示すように表される。
Here, the chemical reaction between calcium hydride (CaH 2 ) constituting the
この際の化学反応式は、CaH2+2H2O→Ca(OH)2+2H2で表される。 The chemical reaction formula at this time is expressed as CaH 2 + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + 2H 2 .
加圧容器10は、内部に収容した反応液11を加圧して排出する構造であればよく、密閉容器内に、直接反応液11を収容する形態でも、内部に設けた別の容器を介して反応液11を収容する形態でもよい。反応液11としては、固体水素源1Aと反応して水素を発生させるものであればよく、中性の水、酸水溶液、アルカリ水溶液などが用いられる。
The
加圧容器10内の圧力は、大気圧以上であればよいが、好ましくはゲージ圧として、500kPa以下の一定範囲、より好ましくは300kPa以下の一定範囲で制御されていることが望ましい。
The pressure in the
固体水素源1Aとしては、粒状等の水素発生物質を単独で使用する(樹脂包埋せずに使用する)ことも可能であるが、反応液との反応速度を制御する観点から、樹脂の母材中に粒状の水素発生物質を含有するものが好ましい。その際、使用する樹脂としては、反応を適度に調整する観点から、水溶性樹脂以外のものが好ましい。
As the
固体水素源1Aとしては、水素化カルシウム、水素化リチウム、水素化カリウム、水素化リチウムアルミニウム、水素化アルミニウムナトリウム、又は水素化マグネシウムなどの水素化金属、アルミニウム、鉄、マグネシウム、カルシウム等の金属、水素化ホウ素化合物等の金属水素錯化合物などが挙げられる。中でも、水素化金属が好ましく、特に水素化カルシウムが好ましい。水素化金属化合物、金属、金属水素錯化合物は、何れかを複数組み合わせて使用することもでき、また、それぞれを組み合わせて使用することも可能である。
As the
即ち、固体水素源1Aとしては、水溶性樹脂を除く樹脂の母材中に、粒状の水素化カルシウム(CaH2)を含有するものが特に好ましい。この固体水素源1Aでは、粒状の水素化カルシウムが樹脂のマトリックス中に分散又は埋設された状態となり、これにより、水素化カルシウムの反応性が抑制され、水との反応の際の取り扱い性が改善される。また、水素発生物質として水素化カルシウムを使用することで、水等との反応性が高くなり、水等と反応した際に生成する反応物(水酸化カルシウム)の体積膨張率が高くなるため、樹脂母材を崩壊させる作用が大きくなり、水等との反応が自然に内部まで進行し易くなる。
That is, as the
固体水素源1Aの含有量は、好ましくは固体水素源1A中60重量%以上であるが、保形性を維持しつつ反応の際に樹脂母材を崩壊させる観点から、固体水素源1A中、60〜90重量%であることが好ましく、70〜85重量%がより好ましい。
The content of the
粒状の固体水素源1Aの平均粒径は、樹脂中への分散性や反応を適度に制御する観点から、1〜100μmが好ましく、6〜30μmがより好ましく、8〜10μmが更に好ましい。
The average particle size of the granular
水素化カルシウムに他の水素発生物質を添加する場合、その水素発生物質の含有量は、水素発生剤中、0〜20重量%が好ましく、0〜10重量%がより好ましく、0〜5重量%が更に好ましい。 When another hydrogen generating substance is added to calcium hydride, the content of the hydrogen generating substance is preferably 0 to 20% by weight, more preferably 0 to 10% by weight, and 0 to 5% by weight in the hydrogen generating agent. Is more preferable.
樹脂としては、好ましくは水溶性樹脂以外のものが使用され、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、耐熱性樹脂などが挙げられるが、熱硬化性樹脂が好ましい。熱硬化性樹脂を使用することで、一般的に樹脂母材がもろくなり易く、反応の際に樹脂母材がより容易に崩壊して、反応が自然に進行し易くなる。 As the resin, a resin other than the water-soluble resin is preferably used, and examples thereof include a thermosetting resin, a thermoplastic resin, and a heat resistant resin, and a thermosetting resin is preferable. By using a thermosetting resin, the resin base material generally tends to be brittle, the resin base material collapses more easily during the reaction, and the reaction easily proceeds naturally.
なお、熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル、ポリアミドなどが挙げられる。また、耐熱性樹脂としては、芳香族系のポリイミド、ポリアミド、ポリエステルなどが挙げられる。 Examples of the thermoplastic resin include polyethylene, polypropylene, polystyrene, acrylic resin, fluororesin, polyester, and polyamide. Examples of the heat resistant resin include aromatic polyimide, polyamide, and polyester.
熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、または熱硬化性ポリイミド樹脂等が挙げられる。なかでも、水素発生反応中に樹脂母材が適度な崩壊性を有する観点から、エポキシ樹脂が好ましい。熱硬化性樹脂を硬化させる際には、必要に応じて硬化剤や硬化促進剤などが適宜併用される。 Examples of the thermosetting resin include epoxy resins, unsaturated polyester resins, phenol resins, amino resins, polyurethane resins, silicone resins, and thermosetting polyimide resins. Especially, an epoxy resin is preferable from a viewpoint that the resin base material has moderate disintegration during the hydrogen generation reaction. When the thermosetting resin is cured, a curing agent, a curing accelerator, or the like is appropriately used as necessary.
樹脂の含有量は、好ましくは40重量%未満であるが、保形性を維持しつつ反応の際に樹脂母材を崩壊させる観点から、水素発生剤中、5〜35重量%が好ましく、10〜30重量%がより好ましい。 The content of the resin is preferably less than 40% by weight, but is preferably 5 to 35% by weight in the hydrogen generator from the viewpoint of collapsing the resin base material during the reaction while maintaining the shape retention. -30% by weight is more preferred.
用いられる固体水素源1Aには、上記の成分以外の任意成分として、触媒、充填材、などのその他の成分を含有してもよい。触媒としては、水素発生剤用の金属触媒の他、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムなどのアルカリ化合物も有効である。
The
次に、図5を参照して、燃料電池30の概略構成について説明する。
Next, a schematic configuration of the
燃料電池の仕組みは、発生された水素と、空気中の酸素とを電気化学的に反応させて直接発電するものである。 The mechanism of a fuel cell is to generate electricity directly by electrochemically reacting the generated hydrogen with oxygen in the air.
燃料電池30は、水素と酸素が化学反応して、水と電力を得る原理を利用している。ここで、水素は投入原料として用いられ、酸素は酸化剤として用いられている。
The
燃料電池30は、燃料極(アノード)33と、空気極(カソード)31と、電解質膜(イオン交換樹脂膜等)32とから構成される。
The
一組の燃料極33、空気極31および電解質膜32とによって一つの発電セル(単セル)が構成される。発電セルは、図5に示すように、電解質膜32を空気極31と燃料極33で挟んだサンドイッチ構造を備える。実際には、このような発電セルが複数個にわたって直並列接続されて燃料電池30を形成する。
One set of
燃料極33は、例えば、白金等で形成されるアノード触媒とそれを支えるための多孔質導電性支持層からなり、空気極31は、例えば、カソード触媒と多孔質導電性支持層から構成される。
The
このように構成された燃料電池30の燃料極(アノード)33には、固体水素源1Aで発生された水素(H2)が供給され、アノード触媒において、水素が電子(e−)を放出して水素イオン(プロトン:H+)となる。
Hydrogen (H 2 ) generated by the
電子(e−)は、負荷(例えば、各種電気回路等)40を経由して空気極(カソード)31に移動する。 The electrons (e − ) move to the air electrode (cathode) 31 via a load (for example, various electric circuits) 40.
一方、水素イオン(H+)は電解質膜32中を空気極(カソード)31に向かって移動し、空気極(カソード)31で、酸素(O2)と、負荷40を通して移動してくる電子(e−)と結合して水(H2O)に還元される。
On the other hand, hydrogen ions (H + ) move in the
このような各電極における反応を化学式で示すと以下のように表される。 Such a reaction at each electrode is represented by the following chemical formula.
燃料極33での反応:H2→2H++2e−
空気極31での反応:2H++(1/2)O2+2e−→H2O
全体の反応: H2+(1/2)O2→H2O
このような反応により、燃料電池30は、固体水素源1Aから生成した水素(H2)を燃料として、電気を出力することができる。
Reaction at the fuel electrode 33: H 2 → 2H + + 2e −
Reaction at the air electrode 31: 2H + + (1/2) O 2 + 2e − → H 2 O
Overall reaction: H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O
By such a reaction, the
(燃料容器)
下記に燃料ボトルと不活性ガス、水素ガスの関係図を示す。
(Fuel container)
The relationship between the fuel bottle, inert gas, and hydrogen gas is shown below.
実施の形態に係る燃料電池システム20に適用される燃料容器50であって、燃料容器50を安全に運搬するために、燃料容器50に不活性ガス(窒素など)を充填した構成は、模式的に図6(a)に示すように表され、実施の形態に係る燃料電池システムを起動する際に、不活性ガス(窒素など)を排気して水素ガスで満たすシーケンスを説明する模式図は、図6(b)に示すように表され、不活性ガス(窒素など)を排気して水素ガスで満たした状態の燃料容器50の構成は、模式的に図6(c)に示すように表される。燃料容器50に満たされた不活性ガスは、通常は起動時に水素で置き換えるようにする。
A configuration of a
実施の形態に係る燃料電池システム20においては、この際の不活性ガスを使って、システムのリークチェックを行うことができる。
In the
実施の形態に係る燃料電池システム20の構成は、図1〜図3に示された基本技術に係る燃料電池システム20Aの構成と同様である。
The configuration of the
実施の形態に係る燃料電池システム20は、固体水素源を用いた燃料電池システムにおける、起動時の各部のリークチェック方法について提供するものである。特に燃料が封入された燃料容器50や水が封入された加圧容器10に、安全性確保のため不活性セル(窒素など)を入れた場合に有用である。
The
燃料容器50を安全に運搬するために、燃料容器50に不活性ガス(窒素など)を充填するが、そうした燃料容器50を使って起動する際には、不活性ガスを廃棄して水素ガスで満たす必要がある。また不活性ガスそのものは発電には寄与しない邪魔なものであるが燃料電池セルで消費されない特性を生かして、燃料電池システムのリークをテストするのに使用することができる。
In order to transport the
実施の形態に係る燃料電池システム20においては、燃料容器50内の不活性ガスを利用してシステムのリークチェックを行う。
In the
実施の形態に係る燃料電池システム20においては、システムの起動時に毎回リークチェックを行えるようになるため、システムの安全性を高めることができる。
In the
(燃料電池システムのブロック構成)
実施の形態に係る燃料電池システム20において、起動時の各部のリークチェック機能を説明するための模式的ブロック構成は、図7に示すように表される。
(Block configuration of fuel cell system)
In the
実施の形態に係る燃料電池システム20は、図7に示すように、内部空間の圧力により反応液を加圧して排出する加圧容器10と、加圧容器10から供給された反応液と反応して水素を発生させる固体水素源1を気密状態で収容する燃料容器50と、水素が供給されるアノードを有し、アノードに供給された水素で発電を行う燃料電池30と、燃料容器50に接続され燃料電池30に水素を供給する水素供給管15A・15Bと、加圧容器10に一端が接続され、他端は固体水素源1に挿入され、反応液を供給する反応液供給管14A・14Bと、燃料容器50に連通し、水素の流入を許容する逆止弁2を介して加圧容器10に接続された加圧配管13A・13Bと、加圧配管13Aに配置され、加圧容器10の水圧PH2Oを検出する第1の圧力検出器13Pと、水素供給管15Aに配置され、燃料容器50の水素圧PH2を検出する第2の圧力検出器15Pとを備える。
As shown in FIG. 7, the
また、実施の形態に係る燃料電池システム20は、図7に示すように、燃料電池30から出力されるDC電流Ifcが供給されるDC/DCコンバータ35と、DC/DCコンバータ35に接続され、外部からの電流の逆流を阻止するダイオード36とを備えていても良い。
Further, as shown in FIG. 7, the
また、実施の形態に係る燃料電池システム20は、図7に示すように、燃料電池30からの出力が変動した際に、外部への出力を補うことが可能な蓄電手段を備えていても良い。
Further, as shown in FIG. 7, the
ここで、蓄電手段は、LIB29を備えていても良い。
Here, the power storage means may include a
また、図7では省略されているが、第1の圧力検出器13Pおよび第2の圧力検出器15Pで検出された水圧PH2Oおよび水素圧PH2に基づいて、DC/DCコンバータ35を制御する制御装置(26:図2)を備えていても良い。
Although omitted in FIG. 7, the DC /
また、反応液供給管14A・14Bは、水の流量を制御する電磁弁4を備えていても良い。
The reaction
また、水素供給管15Aは、水素の流量を制御するレギュレータ15Rを備えていても良い。また、水素供給管15Bには、水素の流量を制御するレギュレータ13Rを備えていても良い。
The
(発電部のブロック構成)
また、実施の形態に係る燃料電池システムにおいて、起動時の各部のリークチェック機能を説明するための発電部25の詳細なブロック構成は、図8に示すように表される。
(Block configuration of power generation unit)
Further, in the fuel cell system according to the embodiment, a detailed block configuration of the
実施の形態に係る燃料電池システム20において、起動時の各部のリークチェック機能を説明するための発電部25の詳細なブロック構成は、図8に示すように表される。図8に示された発電部25が、リークチェックできる範囲を示している。
In the
実施の形態に係る燃料電池システム20の発電部25は、図8に示すように、加圧容器10と、加圧容器10から反応液が供給される燃料容器50と、水素が供給される燃料電池30と、燃料電池30の接続された不活性ガスの排気管16と、燃料容器50に接続され燃料電池30に水素を供給する水素供給管15A・15Bと、加圧容器10に接続され燃料容器50に反応液を供給する反応液供給管14A・14Bと、燃料容器50に連通し、水素の流入を許容する逆止弁2を介して加圧容器10に接続された加圧配管13A・13Bと、水素供給管15Aに配置された第1の電磁弁15Sと、燃料電池30に接続された排気用の第2の電磁弁6と、反応液供給管14A・14Bに配置された第3の電磁弁4とを備える。
As shown in FIG. 8, the
さらに、燃料電池30と第2の電磁弁6との間には、水素燃焼用セル42・水素検知用セル44が配置されていても良い。
Further, a
また、水素燃焼用セル42・水素検知用セル44は、燃料電池30を構成する燃料電池セルと同等の構成を備えていても良い。
Further, the
また、水素供給管15Aは、水素の流量を制御するレギュレータ15Rを備えていても良い。また、水素供給管15Bは、水素の流量を制御するレギュレータ13Rを備えていても良い。また、レギュレータ15Rの二次側の設定圧力としては、例えば100〜200kPa(特に120kPa)が挙げられる。レギュレータ13Rの設定圧力としては、例えば10〜100kPa(特に30kPa)が挙げられる。
The
また、加圧配管13Aは、水圧PH2Oを検出する第1の圧力検出器13Pを備えていても良い。また、水素供給管15Aは、水素圧PH2を検出する第2の圧力検出器15Pを備えていても良い。
The pressurizing
圧力検出器13P・15Pとしては、気体の圧力をダイヤフラム(ステンレスダイヤフラム、シリコンダイヤフラム、など)を介して、感圧素子で計測し、電気信号に変換し出力する圧力センサ等が使用できる。代表的な、圧力センサとしては、半導体ピエゾ抵抗拡散圧力センサ、静電容量形圧力センサなどが挙げられる。
As the
実施の形態に係る燃料電池システムでは、発生した水素から、不純物であるアンモニアを除去するために、水素供給管15A・15Bにアンモニア除去剤を設けてもよい。具体的に、シート状のアンモニア除去剤を容器内に充填したものを使用することができる。このようなアンモニア除去剤は、シート状に形成されたものが市販されているが、粒状の吸着剤等を通気性の袋に収容したものを使用することも可能である。
In the fuel cell system according to the embodiment, an ammonia remover may be provided in the
(発電セルスタック)
水素燃焼用セル42・水素検知用セル44を燃料電池セルで形成する場合には、発電セルスタック100は、4×12セル+2セル構成として、セル数を増加すればよく、水素燃焼用セル42・水素検知用セル44として、特別のセルを形成する必要はなくなる。
(Power generation cell stack)
In the case where the
(リークチェック方法)
(比較例)
比較例に係る燃料電池システムにおいては、燃料容器50に対して初期に水素の充填が行われるため、リークチェックを行うことなく、システムの動作が開始する。比較例に係る燃料電池システムの起動時の動作は、以下の通りである。すなわち、水素圧PH2(例えば、約100kPa)で水素を封入した燃料容器50と、水を封入した加圧容器10とを燃料電池システムへ接続し、第1の電磁弁15Sを開放状態にすることで水圧が100kPaとなり、発電セルスタックへも水素が充填されるため、発電が開始する。発電が開始されると、燃料容器50内の圧力が低下し始めるため、第3の電磁弁4開放状態にし、加圧容器10と燃料容器50との差圧を利用して給水を始める。このように、比較例に係る燃料電池システムにおいては、燃料容器50に対して初期に水素の充填が行われるため、リークチェックを行うことなく、システムの動作が開始する。
(Leak check method)
(Comparative example)
In the fuel cell system according to the comparative example, since the
実施の形態に係る燃料電池システム20においては、水素を封入して燃料電池システム20へ装着していた燃料容器50を不活性ガスである窒素を封入し、立ち上げのシーケンスを変更した。
In the
燃料電池では水素を電気に変化させる電解質膜を用いており、電流を取り出していない時でも内部消費を行うために水素でのリークチェックが不可欠である。実施の形態に係る燃料電池システム20では燃料を詰めた燃料容器50に窒素を封入し、この窒素を用いてリークチェックを行う。
The fuel cell uses an electrolyte membrane that changes hydrogen into electricity, and a leak check with hydrogen is indispensable in order to perform internal consumption even when no current is taken out. In the
実施の形態に係る燃料電池システム20のリークチェック方法は、起動初期の段階で、燃料容器50内の不活性ガス(窒素ガス)を燃料電池システム20の配管全体に流し込んだのち、各弁を閉じて圧力の計測を行うステップと、一定時間後に再度圧力を計測し、その差分をチェックするステップとを有する。
In the leak check method of the
(起動時の動作方法)
実施の形態に係る燃料電池システムにおいて、リークチェックを含む起動時の動作方法は、図9に示すように表される。図9において、“−”は、前の状態を維持することを示す。
(Operation method at startup)
In the fuel cell system according to the embodiment, the operation method at the time of start-up including the leak check is expressed as shown in FIG. In FIG. 9, “-” indicates that the previous state is maintained.
また、実施の形態に係る燃料電池システム20において、図9に対応する起動時のタイムシーケンスは、図10および図11に示すように表される。図10には、動作ステップに対応した水圧PH2Oおよび水素圧PH2の時間変化と水素検知用セル44における監視電圧VDET2の時間変化が示されている。また、図10には、動作ステップに対応した不活性ガスとして窒素ガス濃度の減少および水素ガス濃度の上昇傾向と、第1〜第3の電磁弁の開閉状態も模式的に示されている。また、図11には、起動時の第1〜第3の電磁弁のオン/オフパルス動作タイミングと、水圧PH2Oおよび水素圧PH2の時間変化が示されている。
Further, in the
実施の形態に係る燃料電池システム20の動作方法は、図9〜図11に示すように、燃料容器50を装着するステップ1と、スイッチボタンを長押しして電源を投入するステップ2と、水圧PH2Oを検出する第1の圧力検出器13Pおよび水素圧PH2を検出する第2の圧力検出器15Pを監視して、リークチェックを実施するステップAと、第1の電磁弁15Sおよび第2の電磁弁6を開放状態にして、差圧ΔP=PH2O−PH2が15kPaとなるように水圧PH2Oを調整するステップ3と、第1の電磁弁15Sの開放状態を維持し、第2の電磁弁6を閉じて、リークチェックを実施するステップBと、第1の電磁弁15Sの開放状態および第2の電磁弁6の閉状態を維持し、第3の電磁弁4を開放状態にして給水を開始し、水圧PH2Oの上昇を待つステップ4と、第1の電磁弁15Sの開放状態を維持し、第3の電磁弁4を開じ、差圧ΔP=PH2O−PH2が15kPaとなるように第2の電磁弁6の開閉状態を調整して、発生する水素濃度の上昇を待つステップ5と、第1の電磁弁15Sの開放状態を維持し、第3の電磁弁4を開放状態にして、差圧ΔP=PH2O−PH2が30kPa以内となるように第2の電磁弁6の開閉状態を調整して、発生する水素濃度が上昇した後、定常動作に移行するステップ6とを備える。上記において、ステップ2〜ステップ6およびステップA・において、スイッチボタンの長押し状態は維持されている。
As shown in FIGS. 9 to 11, the operation method of the
第2の電磁弁6は、ステップ5では、差圧ΔP=PH2O−PH2が15kPaとなるように開閉状態を調整し、ステップ6では、差圧ΔP=PH2O−PH2が30kPaとなるように開閉状態を調整している。特に、ステップ6では、燃料電池セルの末端セルの状態を監視して、開閉状態を調整しても良い。
In
(リークチェック動作)
―ステップA―
ステップAにおけるリークチェック動作を説明するためのブロック構成は、図12に示すように表される。点線内はリークチェックできる範囲を示す。ステップAにおいては、燃料電池システム20の発電部25において、燃料容器50の接続状態のリークチェックを実施している。
(Leak check operation)
-Step A-
A block configuration for explaining the leak check operation in step A is expressed as shown in FIG. The dotted line indicates the range where the leak check can be performed. In step A, the
すなわち、図12に示すように、燃料容器50を装着し、電源を投入した後、第1の圧力検出器13Pおよび第2の圧力検出器15Pを監視して、燃料容器50と第3の電磁弁4、燃料容器50と第2の圧力検出器15P・第1の電磁弁15Sの接続状態のリークチェックを不活性ガスにより実施することができる。
―ステップB―
ステップBにおけるリークチェック動作を説明するためのブロック構成、図13に示すように表される。点線内はリークチェックできる範囲を示す。ステップBにおいては、燃料電池システム20の発電部25のシステム全体の気密性のチェックを実施している。
That is, as shown in FIG. 12, after the
-Step B-
A block configuration for explaining the leak check operation in step B is represented as shown in FIG. The dotted line indicates the range where the leak check can be performed. In step B, the airtightness of the entire system of the
すなわち、図13に示すように、ステップAによるリークチェック後、第1の電磁弁15Sおよび第2の電磁弁6を開放状態にして、差圧ΔP=PH2O−PH2が15kPaとなるように水圧PH2Oを調整した後、第2の電磁弁6を閉じて、第1の圧力検出器13Pおよび第2の圧力検出器15Pを監視して、発電部25のシステム全体のリークチェックを不活性ガスにより実施することができる。
That is, as shown in FIG. 13, after the leak check in step A, the
実施の形態に係る燃料電池システムにおいては、燃料容器50の封入ガスを水素から窒素に変更することにより、運搬時(デリバリー)における安全性を確保することができる。また、窒素によるリークチェックが可能となり、起動後すぐに燃料電池システム20内の不具合を検知することが可能となる。
In the fuel cell system according to the embodiment, the safety during transportation (delivery) can be ensured by changing the sealed gas in the
実施の形態に係る燃料電池システムにおいては、固体水素源を用いたシステム内でのリークチェック機構を提供することができる。 In the fuel cell system according to the embodiment, a leak check mechanism in the system using the solid hydrogen source can be provided.
実施の形態に係る燃料電池システムにおいては、起動時に毎回燃料電池システム20のリークチェックが可能になり、安全性を向上可能である。
In the fuel cell system according to the embodiment, it is possible to check the leak of the
実施の形態に係る燃料電池システムのリークチェック方法は、固体水素源を容器に入れ、不活性ガスで封入した燃料容器を使用する燃料電池システムにおいて、有用である。 The fuel cell system leak check method according to the embodiment is useful in a fuel cell system using a fuel container in which a solid hydrogen source is put in a container and sealed with an inert gas.
(不活性ガス排出機構)
実施の形態に係る燃料電池システム20では、燃料電池システム20内に残留している不活性ガス(主には窒素)等を排出する必要がある。
(Inert gas discharge mechanism)
In the
比較例に係る燃料電池システムにおいて、不活性ガス(窒素など)排出機構を説明するための発電部25Aの模式的ブロック構成は、図15に示すように表される。
In the fuel cell system according to the comparative example, a schematic block configuration of the
比較例に係る燃料電池システムでは、H2検知用セル44には、図15に示すように、一定の抵抗(例えば、400mΩ)を接続し、監視電圧(規定電圧)VDETの値が、例えば、250mV以上であれば水素濃度は十分であると判断し、不活性ガスの排出を停止し、200mVであれば逆に不活性ガスの排出を行うという動作を行っている。このような制御では、H2検知用セル44の長期保存・環境温度によって電圧の上昇が十分に行えず、不具合を生じる。また、比較例に係る燃料電池システムでは、燃料電池システム使用前にH2検知用セル44を十分に活性化し、動作中に規定の電圧に達するようにしなければシステム動作させることができない。また、環境温度26℃のみで動作可能であったものが、電圧が低下する低温(1−5℃)での動作可能か否か不明である。 In the fuel cell system according to the comparative example, a constant resistance (for example, 400 mΩ) is connected to the H 2 detection cell 44 as shown in FIG. 15, and the value of the monitoring voltage (specified voltage) V DET is, for example, If it is 250 mV or more, it is judged that the hydrogen concentration is sufficient, and the discharge of the inert gas is stopped, and if it is 200 mV, the operation of discharging the inert gas is performed. In such control, the voltage cannot be sufficiently increased due to long-term storage / environmental temperature of the H 2 detection cell 44, resulting in a problem. Further, in the fuel cell system according to the comparative example, the system operation cannot be performed unless the H 2 detection cell 44 is sufficiently activated before the fuel cell system is used and the specified voltage is reached during the operation. Also, it is unclear whether what can operate only at an environmental temperature of 26 ° C. can operate at a low temperature (1-5 ° C.) at which the voltage decreases.
実施の形態に係る燃料電池システム20では、燃料電池システム20内に残留している不活性ガス(主には窒素)の排出を、水素濃度を監視するH2検知用セル44の監視電圧VDETによって制御している。
In the
実施の形態に係る燃料電池システム20では、H2検知用セル44の監視電圧VDETの設定を動作中に随時更新することで、H2検知用セル44の状態にかかわらず不活性ガスの排出を可能にしている。
In the
実施の形態に係る燃料電池システム20においては、長期保存後のH2検知用セル44であっても、低温環境下で動作させることが可能になる。
In the
実施の形態に係る燃料電池システムにおいて、不活性ガス(窒素など)排出機構を説明するための発電部25の模式的ブロック構成は、図15に示すように表される。
In the fuel cell system according to the embodiment, a schematic block configuration of the
実施の形態に係る燃料電池システムにおいては、図15に示すように、H2検知用セル44の出力は、基準電圧Vrefのコンパレータ80に接続され、H2検知用セル44の監視電圧VDET出力は、基準電圧Vrefと比較されてコンパレータ80から出力電圧Voutが得られる。
In the fuel cell system according to the embodiment, as shown in FIG. 15, the output of the H 2 detection cell 44 is connected to the
実施の形態に係る燃料電池システムにおいては、例えば基準電圧Vrefの値を10mVと設定し、H2検知用セル44の監視電圧VDETの値が、例えば、20mV以上であれば水素濃度は十分であると判断し、排出用の電磁弁6を閉じ、不活性ガスの排出を停止し、10mVであれば逆に不活性ガスの排出を行う。このような制御では、H2検知用セル44の長期保存・環境温度によって電圧の上昇が十分に可能である。
In the fuel cell system according to the embodiment, for example, if the value of the reference voltage Vref is set to 10 mV and the value of the monitoring voltage V DET of the H 2 detection cell 44 is, for example, 20 mV or more, the hydrogen concentration is sufficient. It is judged that there is, the
実施の形態に係る燃料電池システム20において、排気用の電磁弁6のオン/オフ動作に伴うH2検知用セル44の監視電圧VDETの時間変化特性は、模式的に図16に示すように表される。
In the
実施の形態に係る燃料電池システム20においては、H2検知用セル44の初期の監視電圧VDETをノイズレベル以上の電圧である10mVに設定し、この電圧以上の20mVに達した時、H2検知用セル44まで水素が達したと判断する。
When the
この電圧上昇時に排気する電磁弁6を閉じる(close)ことになるが、電圧の上昇はオーバーシュートするため、この電圧の極大値を4a(V)とすると、排気電圧a(V)まで降下した時に排気電磁弁6を開き、排気停止電圧2a(V)まで電圧上昇すると排気用の電磁弁6を閉める。この極大値を用いて規定値であるものから設定電圧を動作中に更新する。すなわち、図16に示すようにシステム動作中はこの電圧を更新する。
When the voltage rises, the
以上説明したように、本実施の形態によれば、不活性ガスを水素リークチェックに適用した燃料電池システムおよびその動作方法、燃料容器および不活性ガス排出方法を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a fuel cell system in which an inert gas is applied to a hydrogen leak check, an operation method thereof, a fuel container, and an inert gas discharge method.
[その他の実施の形態]
上記のように、実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この実施の形態を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
[Other embodiments]
As described above, the embodiments have been described. However, it should be understood that the descriptions and drawings forming a part of this disclosure are illustrative and do not limit the embodiments. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
このように、本実施の形態はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。 As described above, this embodiment includes various embodiments not described here.
本実施の形態に係る燃料電池システムは、固体水素源を用いた水素発生システムやポータブル型の発電装置等の燃料電池システム全般に応用することができる。 The fuel cell system according to the present embodiment can be applied to all fuel cell systems such as a hydrogen generation system using a solid hydrogen source and a portable power generator.
1、1A…固体水素源(水素化カルシウム)
2…逆止弁
4、6、15S…電磁弁
10…加圧容器
11、11a…反応液
12…加圧装置
13、13A、13B…加圧配管(水素配管)
13P、15P…圧力検出器
13R、15R…レギュレータ
14、14A、14B…反応液供給管(水配管)
15、15A、15B…水素供給管
16…排気管
20…発電装置
21…水素発生手段
25、25A…発電部
26…制御装置
27…CPU
28…電源回路
29…リチウムイオンバッテリ(LIB)
29a…リチウムイオンバッテリセル(LIBセル)
30…燃料電池
31…空気極
32…電解質膜
33…燃料極
35…DC/DCコンバータ
36…ダイオード
40…外部負荷
42…水素燃焼用セル
44…水素検知用セル
46…表示装置
48…温度センサ
50、50A…燃料容器
52…電磁弁開閉センサ
54…圧力センサ
56…電圧モニタ
80…コンパレータ
100…発電セルスタック
1, 1A ... Solid hydrogen source (calcium hydride)
2 ... Check
13P, 15P ...
15, 15A, 15B ...
28 ...
29a ... Lithium ion battery cell (LIB cell)
DESCRIPTION OF
Claims (22)
前記加圧容器から供給された反応液と反応して水素を発生させる固体水素源を不活性ガスによる気密状態で収容する燃料容器と、
水素が供給されるアノードを有し、アノードに供給された水素で発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池に接続され、前記不活性ガスの排気用の排気管と、
前記燃料容器に接続され、前記燃料電池に水素を供給する水素供給管と、
前記加圧容器に接続され、前記燃料容器に反応液を供給する反応液供給管と、
前記燃料容器に連通し、水素の流入を許容する逆止弁を介して前記加圧容器に接続された加圧配管と、
前記水素供給管に配置された第1の電磁弁と、
前記排気管に接続された第2の電磁弁と、
前記反応液供給管に配置された第3の電磁弁と
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A pressurized container that pressurizes and discharges the reaction liquid by the pressure in the internal space;
A fuel container that contains a solid hydrogen source that reacts with the reaction solution supplied from the pressurized container to generate hydrogen in an airtight state with an inert gas;
A fuel cell having an anode to which hydrogen is supplied, and generating power with the hydrogen supplied to the anode;
An exhaust pipe connected to the fuel cell for exhausting the inert gas;
A hydrogen supply pipe connected to the fuel container and supplying hydrogen to the fuel cell;
A reaction liquid supply pipe connected to the pressure vessel and supplying a reaction liquid to the fuel container;
A pressurized pipe connected to the pressurized container via a check valve communicating with the fuel container and allowing inflow of hydrogen;
A first solenoid valve disposed in the hydrogen supply pipe;
A second solenoid valve connected to the exhaust pipe;
A fuel cell system comprising: a third electromagnetic valve disposed in the reaction liquid supply pipe.
前記DC/DCコンバータに接続され、外部からの電流の逆流を阻止するダイオードと
を備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 A DC / DC converter to which a DC current output from the fuel cell is supplied;
6. The fuel cell system according to claim 1, further comprising: a diode connected to the DC / DC converter and preventing reverse current flow from the outside.
前記不活性ガスによる気密状態で収容する固体水素源と
を備えることを特徴とする燃料容器。 With inert gas,
And a solid hydrogen source stored in an airtight state with the inert gas.
電源を投入するステップと、
第1の圧力検出器および第2の圧力検出器を監視して、第1のリークチェックを実施するステップと、
第1の電磁弁および第2の電磁弁を開放状態にして、水圧と水素圧の差圧が第1の圧力値となるように水圧を調整するステップと、
前記第1の電磁弁の開放状態を維持し、前記第2の電磁弁を閉じて、第2のリークチェックを実施するステップと、
前記第1の電磁弁の開放状態および前記第2の電磁弁の閉状態を維持し、第3の電磁弁を開放状態にして給水を開始し、水圧の上昇を待つステップと、
前記第1の電磁弁の開放状態を維持し、前記第3の電磁弁を開じ、前記差圧が第2の圧力値となるように前記第2の電磁弁の開閉状態を調整して、発生する水素濃度の上昇を待つステップと、
前記第1の電磁弁の開放状態を維持し、前記第3の電磁弁を開放状態にして、前記差圧ΔPが第3の圧力値となるように前記第2の電磁弁の開閉状態を調整して、発生する水素濃度が上昇した後、定常動作に移行するステップと
を有することを特徴とする燃料電池システムの動作方法。 Installing a fuel container;
Turning on the power;
Monitoring the first pressure detector and the second pressure detector to perform a first leak check;
Opening the first solenoid valve and the second solenoid valve, and adjusting the water pressure so that the differential pressure between the water pressure and the hydrogen pressure becomes the first pressure value;
Maintaining the open state of the first solenoid valve, closing the second solenoid valve, and performing a second leak check;
Maintaining the open state of the first electromagnetic valve and the closed state of the second electromagnetic valve, starting the water supply with the third electromagnetic valve open, and waiting for the increase in water pressure;
Maintaining the open state of the first solenoid valve, opening the third solenoid valve, adjusting the open / close state of the second solenoid valve so that the differential pressure becomes a second pressure value; A step of waiting for an increase in the generated hydrogen concentration;
Maintaining the open state of the first solenoid valve, opening the third solenoid valve, and adjusting the open / close state of the second solenoid valve so that the differential pressure ΔP becomes a third pressure value. And a step of shifting to a steady operation after the concentration of the generated hydrogen increases, and a method of operating the fuel cell system.
前記水素検知用セルの監視電圧が前記基準電圧よりも大であれば水素濃度は十分であると判断し、前記第2の電磁弁を閉じ、前記不活性ガスの排出を停止するステップと、
前記水素検知用セルの監視電圧が前記基準電圧以下であれば不活性ガスの排出を行うステップと
を有することを特徴とする不活性ガス排出方法。 Fuel that contains a pressurized container that pressurizes and discharges the reaction liquid by the pressure in the internal space, and a solid hydrogen source that generates hydrogen by reacting with the reaction liquid supplied from the pressurized container in an airtight state by an inert gas. A fuel cell that has a container and an anode to which hydrogen is supplied and that generates power using the hydrogen supplied to the anode; an exhaust pipe connected to the fuel cell for exhausting the inert gas; and the fuel container A hydrogen supply pipe connected to supply hydrogen to the fuel cell; a reaction liquid supply pipe connected to the pressurized container for supplying a reaction liquid to the fuel container; and communicated with the fuel container; A pressurization pipe connected to the pressurization vessel via an allowable check valve, a first solenoid valve disposed in the hydrogen supply pipe, a second solenoid valve connected to the exhaust pipe, A third solenoid valve disposed in the reaction solution supply pipe; A hydrogen combustion cell and a hydrogen detection cell disposed in the exhaust pipe between the fuel cell and the second electromagnetic valve; and an output of the hydrogen detection cell; An inert gas discharge method for a fuel cell system comprising a comparator for comparison with a reference voltage for control,
Determining that the hydrogen concentration is sufficient if the monitoring voltage of the hydrogen detection cell is greater than the reference voltage, closing the second solenoid valve, and stopping discharging the inert gas;
And a step of discharging the inert gas if the monitoring voltage of the hydrogen detection cell is equal to or lower than the reference voltage.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014253294A JP2016115533A (en) | 2014-12-15 | 2014-12-15 | Fuel battery system, operation method for the same, fuel container and inactive gas discharge method |
Applications Claiming Priority (1)
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