JP2018085246A - Fuel cell system, and method of operating fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system, and method of operating fuel cell system Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve both discharging fuel off-gas in a sufficiently diluted state and suppressing a deterioration in power generation performance and durability of a fuel cell, in a fuel cell system where the fuel off-gas is reused for fuel gas and the fuel off-gas is periodically discharged to the outside.SOLUTION: A control unit 14 maintains, even when hydrogen off-gas is discharged to the outside from a fuel off-gas discharge path 5, the inlet temperature and outlet temperature of cooling water at the same temperatures as before the hydrogen off-gas is discharged to the outside by adjusting, on the basis of the temperature detected by a temperature sensor 13, the flow rate of the cooling water supplied to a fuel cell 15 by a cooling water circulation system 9 and a heat dissipation amount of heat dissipated from cooling water by a radiator 12 such that even when the fuel off-gas is discharged to the outside through the fuel off-gas discharge path 5, the inlet temperature of the cooling water and the outlet temperature of the cooling water are maintained at the same temperatures as before the fuel off-gas is discharged to the outside.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、燃料ガスを酸化剤ガスと反応させて、電力及び熱を生み出す燃料電池システム及びその運転方法に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell system that generates electric power and heat by reacting a fuel gas with an oxidant gas and an operation method thereof.

固体高分子型燃料電池システムは、電解質膜を水素極と空気極とで挟んだ燃料電池セルを、複数個積層させた燃料電池を備えている。   The polymer electrolyte fuel cell system includes a fuel cell in which a plurality of fuel cells each having an electrolyte membrane sandwiched between a hydrogen electrode and an air electrode are stacked.

この燃料電池は、例えば、水素極に、燃料ガス供給装置によって水素タンクから純水素ガスを供給すると共に、空気極に、酸化剤ガス供給装置によって空気を供給することにより、電力と熱を発生させる。そして、燃料電池で発生した熱は、燃料電池セル間に設けられた冷却水流路を流れる冷却水や酸化剤ガスを通じて回収される。   In this fuel cell, for example, pure hydrogen gas is supplied from a hydrogen tank to a hydrogen electrode by a fuel gas supply device, and air is supplied to an air electrode by an oxidant gas supply device, thereby generating electric power and heat. . The heat generated in the fuel cell is recovered through cooling water and oxidant gas flowing through the cooling water flow path provided between the fuel cells.

水素循環型の燃料電池システムでは、燃料電池システムの発電効率を高めるために、発電に使用されなかった燃料オフガスを、再び燃料ガスの供給側に戻すように燃料オフガス循環経路を設けている。   In the hydrogen circulation type fuel cell system, in order to increase the power generation efficiency of the fuel cell system, a fuel off gas circulation path is provided so that the fuel off gas that has not been used for power generation is returned to the fuel gas supply side again.

このような水素循環型の燃料電池システムでは、運転を継続すると酸化剤ガスに含まれる窒素ガスが空気極側から電解質膜を透過して水素極側に移動することで、燃料ガスにも窒素ガスが存在する状態になる。そして、燃料ガス中に窒素ガスが混入し続け、水素濃度が低下すると、燃料電池の発電電圧が低下したり、燃料電池が発電できなくなるなど、燃料電池の発電性能が低下する。   In such a hydrogen circulation type fuel cell system, when the operation is continued, the nitrogen gas contained in the oxidant gas passes through the electrolyte membrane from the air electrode side and moves to the hydrogen electrode side. Exists. If the nitrogen gas continues to be mixed into the fuel gas and the hydrogen concentration decreases, the power generation performance of the fuel cell decreases, for example, the power generation voltage of the fuel cell decreases or the fuel cell cannot generate power.

そこで、燃料ガス中の窒素濃度を一定以上に上昇させないように、燃料オフガス循環経路に、発電に使用されなかった燃料オフガスを排出するための燃料オフガス排出経路を設け、燃料オフガス循環経路に流通する窒素ガスを含んだ燃料オフガスを、一時的に排出することで燃料ガス中の窒素濃度を上昇させないようにしている。   Therefore, in order to prevent the nitrogen concentration in the fuel gas from rising above a certain level, a fuel offgas discharge path for discharging fuel offgas that has not been used for power generation is provided in the fuel offgas circulation path, and the fuel offgas circulation path is distributed. The fuel off-gas containing nitrogen gas is temporarily discharged so as not to increase the nitrogen concentration in the fuel gas.

さらに、燃料オフガスを排出する際は、燃焼下限濃度未満の水素ガス濃度で燃料電池システムから排出されるように、燃料電池に供給する酸化剤ガスの流量を増やすことで、酸化剤ガスのうち発電に使用されずに燃料電池から排出される酸化剤オフガス量を増やし、燃料オフガスを酸化剤オフガスで希釈してから排出することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。   In addition, when discharging the fuel off-gas, power generation of the oxidant gas is increased by increasing the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell so as to be discharged from the fuel cell system at a hydrogen gas concentration below the lower combustion limit concentration. It has been proposed to increase the amount of oxidant off-gas discharged from the fuel cell without being used in the process, and to dilute the fuel off-gas with the oxidant off-gas before discharging (see, for example, Patent Document 1).

特許第４６００７２０号公報Japanese Patent No. 4600720

しかしながら、上記従来の燃料電池システムでは、燃料オフガスを排出する際に、燃料オフガスの希釈に用いる酸化剤オフガス量を増やすので、燃料オフガスを排出する際に、燃料電池で発電した熱が、冷却水よりも酸化剤オフガスの方に移動しやすくなることがある。このような場合には、燃料オフガスを排出する前に比べ、冷却水への熱移動が少なくなる。   However, in the conventional fuel cell system, when the fuel off-gas is discharged, the amount of the oxidant off-gas used for dilution of the fuel off-gas is increased. Therefore, when the fuel off-gas is discharged, the heat generated by the fuel cell is It may become easier to move toward the oxidant off gas. In such a case, heat transfer to the cooling water is less than before the fuel off-gas is discharged.

これにより、燃料電池に供給する冷却水の入口温度が略一定である場合には、燃料電池
から排出される冷却水の出口温度が低下すると共に、燃料電池に供給する冷却水の入口温度と燃料電池から排出される冷却水の出口温度の差が小さくなる。 As a result, when the inlet temperature of the cooling water supplied to the fuel cell is substantially constant, the outlet temperature of the cooling water discharged from the fuel cell decreases, and the inlet temperature of the cooling water supplied to the fuel cell and the fuel The difference in the outlet temperature of the cooling water discharged from the battery is reduced.

このため、発電で発生した生成水が凝縮し燃料電池内で生成水が滞留しやすくなる。これによって、酸化剤ガスの供給が滞り、燃料電池の発電性能低下や耐久性低下が起こるという課題を有していた。   For this reason, the produced water generated by the power generation is condensed and the produced water tends to stay in the fuel cell. As a result, the supply of the oxidant gas is delayed, and there is a problem that the power generation performance and durability of the fuel cell are reduced.

本発明は、上記従来技術の課題に鑑み、燃料電池から排出される燃料オフガスを燃料ガスとして再利用する燃料オフガス循環経路を備え、燃料オフガスに含まれる窒素ガスを周期的に燃料オフガスと共に外部に排出する燃料電池システムにおいて、燃料オフガスに含まれる水素ガス濃度を十分に希釈した状態で排出することと、燃料電池の発電性能低下や耐久性低下を抑制することとを両立させることを目的とする。   In view of the above-described problems of the prior art, the present invention includes a fuel off-gas circulation path for reusing fuel off-gas discharged from a fuel cell as fuel gas, and periodically includes nitrogen gas contained in the fuel off-gas together with the fuel off-gas. An object of the fuel cell system to discharge is to discharge the hydrogen gas concentration contained in the fuel off-gas in a sufficiently diluted state and to suppress a decrease in power generation performance and durability of the fuel cell. .

上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、冷却水を燃料電池に循環させる冷却水循環装置と、燃料電池に供給する冷却水の入口温度及び、燃料電池から排出される冷却水の出口温度を測定する温度センサーと、冷却水からの放熱を行う放熱器と、冷却水の入口温度及び冷却水の出口温度が、燃料オフガスを燃料オフガス排出経路から外部に排出したときも、燃料オフガスを外部に排出する前と同じ温度を維持するように制御する制御部と、を備えるのである。   In order to achieve the above object, a fuel cell system of the present invention includes a cooling water circulation device that circulates cooling water to a fuel cell, an inlet temperature of cooling water supplied to the fuel cell, and cooling water discharged from the fuel cell. The temperature sensor that measures the outlet temperature, the radiator that dissipates heat from the cooling water, the inlet temperature of the cooling water and the outlet temperature of the cooling water are also used when the fuel off gas is discharged to the outside from the fuel off gas discharge path. And a control unit that controls to maintain the same temperature as before the gas is discharged to the outside.

これによって、燃料電池に供給する冷却水の入口温度及び、燃料電池から排出される冷却水の出口温度を維持するように冷却水流量及び、冷却水からの放熱量を調節することが出来るため、燃料オフガスを燃料オフガス排出流路から外部に排出したときも、燃料オフガスを外部に排出する前と同じ冷却水の入口温度及び出口温度を維持することができる。   As a result, the cooling water flow rate and the heat radiation from the cooling water can be adjusted so as to maintain the inlet temperature of the cooling water supplied to the fuel cell and the outlet temperature of the cooling water discharged from the fuel cell. Even when the fuel off-gas is discharged to the outside from the fuel off-gas discharge channel, the same inlet temperature and outlet temperature of the cooling water as before discharging the fuel off-gas to the outside can be maintained.

また、上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムの運転方法は、冷却水を燃料電池に循環させる冷却水循環装置と、燃料電池に供給する冷却水の入口温度及び、燃料電池から排出される冷却水の出口温度を測定する温度センサーと、冷却水からの放熱を行う放熱器と、を備えた燃料電池システムの運転方法であって、冷却水の入口温度及び冷却水の出口温度を、燃料オフガスを燃料オフガス排出経路から外部に排出したときも、燃料オフガスを外部に排出する前と同じ温度に維持するのである。   In order to achieve the above object, a method of operating a fuel cell system according to the present invention includes a cooling water circulation device that circulates cooling water to the fuel cell, an inlet temperature of cooling water supplied to the fuel cell, and a discharge from the fuel cell. An operating method of a fuel cell system comprising a temperature sensor for measuring an outlet temperature of the cooling water and a radiator for radiating heat from the cooling water, wherein the inlet temperature of the cooling water and the outlet temperature of the cooling water are When the fuel off-gas is discharged to the outside from the fuel off-gas discharge path, the same temperature as before the fuel off-gas is discharged to the outside is maintained.

これによって、燃料電池に供給する冷却水の入口温度及び、燃料電池から排出される冷却水の出口温度を維持するように冷却水流量及び、冷却水からの放熱量を調節することが出来るため、燃料オフガスを燃料オフガス排出流路から外部に排出したときも、燃料オフガスを外部に排出する前と同じ冷却水の入口温度及び出口温度を維持することができる。   As a result, the cooling water flow rate and the heat radiation from the cooling water can be adjusted so as to maintain the inlet temperature of the cooling water supplied to the fuel cell and the outlet temperature of the cooling water discharged from the fuel cell. Even when the fuel off-gas is discharged to the outside from the fuel off-gas discharge channel, the same inlet temperature and outlet temperature of the cooling water as before discharging the fuel off-gas to the outside can be maintained.

本発明の燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法は、燃料電池の冷却水の入口温度と出口温度を一定に保ち、燃料電池の発電性能や耐久性を確保した上で、燃料オフガスに含まれる水素ガス濃度を十分に希釈した状態で排出することが可能となり、燃料電池システムを安定して運転することが可能となるとともに、燃料電池システムが劣化して寿命が短くなることを防止することができる。   The fuel cell system and the fuel cell system operating method of the present invention are included in the fuel off-gas after maintaining the inlet temperature and the outlet temperature of the cooling water of the fuel cell constant and ensuring the power generation performance and durability of the fuel cell. The hydrogen gas concentration can be discharged in a sufficiently diluted state, the fuel cell system can be stably operated, and the fuel cell system can be prevented from deteriorating and shortening its life. it can.

本発明の実施の形態１における燃料電池システムの概略構成図1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.

第１の発明は、燃料ガス流路に供給される燃料ガス及び、酸化剤ガス流路に供給される
酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、燃料電池から排出される燃料オフガスを燃料ガス流路に戻すための燃料オフガス循環経路と、酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、燃料ガス流路に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、燃料オフガスを外部に排出するための燃料オフガス排出経路と、燃料オフガス排出経路と燃料オフガス循環経路を切り替える切替え弁と、燃料オフガス排出経路に流れた燃料オフガスを燃料電池から排出される酸化剤オフガスと混合して希釈する希釈装置と、冷却水を燃料電池に循環させる冷却水循環装置と、冷却水から放熱するための放熱器と、燃料電池に供給する冷却水の入口温度及び、燃料電池から排出される冷却水の出口温度を検知する温度センサーと、燃料オフガスを燃料オフガス排出経路から外部に排出する際に、外部に排出される燃料オフガスに含まれる水素ガス濃度が所定濃度以下になるように、酸化剤ガス供給装置の酸化剤ガス供給量を制御する制御部と、を備えた燃料電池システムであって、制御部は、冷却水の入口温度及び出口温度が、燃料オフガスを燃料オフガス排出経路から外部に排出したときも、燃料オフガスを外部に排出する前と同じ温度を維持するように制御することを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel cell that generates power using the fuel gas supplied to the fuel gas flow channel, the oxidant gas supplied to the oxidant gas flow channel, and the fuel off-gas discharged from the fuel cell as fuel gas. A fuel off-gas circulation path for returning to the flow path, an oxidant gas supply device for supplying oxidant gas to the oxidant gas flow path, a fuel gas supply apparatus for supplying fuel gas to the fuel gas flow path, and a fuel off-gas A fuel off-gas discharge path for discharging to the outside, a switching valve for switching between the fuel off-gas discharge path and the fuel off-gas circulation path, and the fuel off-gas flowing through the fuel off-gas discharge path are mixed with the oxidant off-gas discharged from the fuel cell. A diluting device for diluting, a cooling water circulating device for circulating cooling water to the fuel cell, a radiator for radiating heat from the cooling water, an inlet temperature of cooling water supplied to the fuel cell, and fuel The temperature sensor for detecting the outlet temperature of the cooling water discharged from the pond, and the concentration of hydrogen gas contained in the fuel off-gas discharged outside when the fuel off-gas is discharged from the fuel off-gas discharge path to a predetermined concentration or less. And a control unit that controls an oxidant gas supply amount of the oxidant gas supply device, wherein the control unit is configured such that the inlet temperature and the outlet temperature of the cooling water fuel the fuel off-gas. Control is performed to maintain the same temperature as before the fuel off-gas is discharged to the outside even when the fuel is discharged from the off-gas discharge path.

これによって、冷却水の入口温度及び出口温度が、燃料オフガスを燃料オフガス排出経路から外部に排出したときも、燃料オフガスを外部に排出する前と同じ温度を維持するので、燃料電池内の温度分布が一定となり、燃料電池の発電性能や耐久性を確保した上で、燃料オフガスに含まれる水素ガス濃度を十分に希釈した状態で燃料オフガスを排出することができる。   Accordingly, the temperature distribution in the fuel cell is maintained because the cooling water inlet temperature and outlet temperature are maintained at the same temperature as before the fuel off-gas is discharged to the outside even when the fuel off-gas is discharged from the fuel off-gas discharge path. The fuel off gas can be discharged in a state where the hydrogen gas concentration contained in the fuel off gas is sufficiently diluted while ensuring the power generation performance and durability of the fuel cell.

第２の発明は、特に、第１の発明における、制御部が、温度センサーが検知した温度を基に、冷却水の入口温度及び冷却水の出口温度が、燃料オフガスを燃料オフガス排出経路から外部に排出したときも、燃料オフガスを外部に排出する前と同じ温度を維持するように、冷却水循環装置によって燃料電池に供給する冷却水の流量と放熱器によって冷却水から放熱する放熱量を調節することを特徴とする。   In the second invention, in particular, based on the temperature detected by the temperature sensor in the first invention, the inlet temperature of the cooling water and the outlet temperature of the cooling water are determined so that the fuel off-gas is discharged from the fuel off-gas discharge path to the outside. Even when discharged, the flow rate of cooling water supplied to the fuel cell by the cooling water circulation device and the amount of heat released from the cooling water by the radiator are adjusted so that the same temperature as before the fuel off-gas is discharged to the outside is maintained. It is characterized by that.

これによって、燃料オフガスを燃料オフガス排出経路から外部に排出したときも、燃料オフガスを外部に排出する前と同じ冷却水の入口温度及び出口温度を維持することがより正確に出来るようになり、燃料電池の発電性能や耐久性をより確保しやすくなる。   As a result, even when the fuel off-gas is discharged from the fuel off-gas discharge path to the outside, the same coolant inlet temperature and outlet temperature as before the fuel off-gas is discharged to the outside can be maintained more accurately. It becomes easier to secure the power generation performance and durability of the battery.

第３の発明は、燃料ガス流路に供給される燃料ガス及び、酸化剤ガス流路に供給される酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、燃料電池から排出される燃料オフガスを燃料ガス流路に戻すための燃料オフガス循環経路と、酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、燃料ガス流路に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、燃料オフガスを外部に排出するための燃料オフガス排出経路と、燃料オフガス排出経路と燃料オフガス循環経路を切り替える切替え弁と、燃料オフガス排出経路に流れた燃料オフガスを燃料電池から排出される酸化剤オフガスと混合して希釈する希釈装置と、冷却水を燃料電池に循環させる冷却水循環装置と、冷却水から放熱するための放熱器と、燃料電池に供給する冷却水の入口温度及び、燃料電池から排出される冷却水の出口温度を計測する温度センサーと、を備え、燃料オフガスを燃料オフガス排出経路から外部に排出する際に、外部に排出される燃料オフガスに含まれる水素ガス濃度が所定濃度以下になるように、酸化剤ガス供給量を調整する燃料電池システムの運転方法であって、冷却水の入口温度及び出口温度が、燃料オフガスを燃料オフガス排出経路から外部に排出したときも、燃料オフガスを外部に排出する前と同じ温度に維持するように運転を行うことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, a fuel cell that generates power using the fuel gas supplied to the fuel gas channel, the oxidant gas supplied to the oxidant gas channel, and the fuel off-gas discharged from the fuel cell as fuel gas A fuel off-gas circulation path for returning to the flow path, an oxidant gas supply device for supplying oxidant gas to the oxidant gas flow path, a fuel gas supply apparatus for supplying fuel gas to the fuel gas flow path, and a fuel off-gas A fuel off-gas discharge path for discharging to the outside, a switching valve for switching between the fuel off-gas discharge path and the fuel off-gas circulation path, and the fuel off-gas flowing through the fuel off-gas discharge path are mixed with the oxidant off-gas discharged from the fuel cell. A diluting device for diluting, a cooling water circulating device for circulating cooling water to the fuel cell, a radiator for radiating heat from the cooling water, an inlet temperature of cooling water supplied to the fuel cell, and fuel And a temperature sensor for measuring the outlet temperature of the cooling water discharged from the pond. When discharging the fuel off-gas from the fuel off-gas discharge path to the outside, the concentration of hydrogen gas contained in the fuel off-gas discharged to the outside is predetermined. The operation method of the fuel cell system for adjusting the oxidant gas supply amount so as to be less than the concentration, the cooling water inlet temperature and the outlet temperature when the fuel off-gas is discharged to the outside from the fuel off-gas discharge path, The operation is performed so as to maintain the same temperature as before the fuel off gas is discharged to the outside.

これによって、燃料電池内の温度分布が一定となり、燃料電池の発電性能や耐久性を確保した上で、燃料オフガスに含まれる水素ガス濃度を十分に希釈した状態で排出する運転を行うことができる。   As a result, the temperature distribution in the fuel cell becomes constant, and the operation of discharging the hydrogen gas concentration contained in the fuel off-gas in a sufficiently diluted state can be performed while ensuring the power generation performance and durability of the fuel cell. .

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the present embodiment.

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における燃料電池システムの概略構成を示すものである。 (Embodiment 1)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.

図１において、燃料電池１５は、電解質膜を水素極（アノード）と空気極（カソード）とで挟んだ燃料電池セルを複数個積層させて構成された固体高分子型燃料電池である。   In FIG. 1, a fuel cell 15 is a solid polymer fuel cell configured by laminating a plurality of fuel cells each having an electrolyte membrane sandwiched between a hydrogen electrode (anode) and an air electrode (cathode).

酸化剤ガス流路１は、燃料電池１５の空気極に空気を供給する流路である。酸化剤ガス供給装置７は、制御部１４によって作動制御され、酸化剤ガス流路１に空気（酸化剤ガス）を供給する。酸化剤オフガス排出経路６は、燃料電池１５の空気極に供給された空気のうち発電に使用されずに空気極から排出された空気（空気オフガス）を燃料電池システム１６の外部に排出する経路である。   The oxidant gas channel 1 is a channel for supplying air to the air electrode of the fuel cell 15. The oxidant gas supply device 7 is controlled in operation by the control unit 14 and supplies air (oxidant gas) to the oxidant gas flow path 1. The oxidant off-gas discharge path 6 is a path for discharging, out of the air supplied to the air electrode of the fuel cell 15, air (air off-gas) discharged from the air electrode without being used for power generation to the outside of the fuel cell system 16. is there.

燃料ガス流路２は、燃料電池１５の水素極に水素ガスを供給する流路である。燃料ガス供給装置８は、制御部１４によって作動制御され、燃料ガス流路２に水素タンク（図示しない）から水素ガスを供給する。燃料オフガス循環経路４は、燃料電池１５の水素極に供給された水素ガスのうち発電に使用されずに排出された水素オフガスを再び燃料電池１５へ供給する経路である。   The fuel gas channel 2 is a channel for supplying hydrogen gas to the hydrogen electrode of the fuel cell 15. The fuel gas supply device 8 is controlled by the control unit 14 to supply hydrogen gas from a hydrogen tank (not shown) to the fuel gas passage 2. The fuel off-gas circulation path 4 is a path for supplying hydrogen off-gas discharged without being used for power generation out of the hydrogen gas supplied to the hydrogen electrode of the fuel cell 15 to the fuel cell 15 again.

燃料オフガス排出経路５は、燃料電池１５から発電に使用されず排出された水素オフガスを燃料電池システム１６外に排出するためのガス経路であり、そのガス経路には切替え弁１０が備えられている。この切替え弁１０は制御部１４によって作動制御されており、水素オフガスを燃料オフガス循環経路４と燃料オフガス排出経路５の、どちらの経路に導くかを決定する。   The fuel off-gas discharge path 5 is a gas path for discharging the hydrogen off-gas discharged from the fuel cell 15 without being used for power generation to the outside of the fuel cell system 16, and a switching valve 10 is provided in the gas path. . The operation of the switching valve 10 is controlled by the control unit 14 and determines which path, the hydrogen offgas circulation path 4 or the fuel offgas discharge path 5, is led to.

さらに、燃料オフガス排出経路５には希釈装置１１が備えられており、燃料オフガス排出経路５に導かれた水素オフガスは、発電に使用されず酸化剤オフガス排出経路６に排出された空気オフガスと混合・希釈し、大気へ排出される。   Further, the fuel off-gas discharge path 5 is provided with a diluting device 11, and the hydrogen off-gas guided to the fuel off-gas discharge path 5 is mixed with the air off-gas discharged to the oxidant off-gas discharge path 6 without being used for power generation.・ Diluted and discharged to the atmosphere.

冷却水循環流路３は、燃料電池１５を冷却する冷却水が循環する流路である。冷却水循環装置９は、制御部１４によって作動制御され、冷却水循環流路３の冷却水を循環させて燃料電池１５に供給する。   The cooling water circulation channel 3 is a channel through which cooling water for cooling the fuel cell 15 circulates. The cooling water circulation device 9 is controlled by the control unit 14 to circulate the cooling water in the cooling water circulation passage 3 and supply it to the fuel cell 15.

放熱器１２は、制御部１４によって作動制御され、冷却水循環流路３の冷却水から放熱するものであり放熱量を調節できる。放熱器１２の放熱量の調整は、例えば、放熱器１２を介して冷却水と熱交換する熱媒体の流量（放熱器１２が空冷であれば、放熱器１２の送風機の送風量）を増減することによって行うことができる。   The radiator 12 is controlled by the control unit 14 to radiate heat from the cooling water in the cooling water circulation passage 3 and can adjust the heat radiation amount. The adjustment of the heat dissipation amount of the radiator 12 is, for example, increasing or decreasing the flow rate of the heat medium that exchanges heat with the cooling water via the radiator 12 (if the radiator 12 is air-cooled, the airflow rate of the fan of the radiator 12) Can be done.

制御部１４には、温度センサー１３で検知する燃料電池１５に供給する冷却水の入口温度及び、燃料電池１５から排出される冷却水の出口温度が入力される。   The control unit 14 receives the inlet temperature of the cooling water supplied to the fuel cell 15 detected by the temperature sensor 13 and the outlet temperature of the cooling water discharged from the fuel cell 15.

制御部１４は、燃料電池システム１６の運転中に、温度センサー１３が検知した温度を基に、燃料電池１５に供給する冷却水の入口温度及び、燃料電池１５から排出される冷却水の出口温度が一定となるよう冷却水循環装置９と放熱器１２とを作動制御する。   Based on the temperature detected by the temperature sensor 13 during operation of the fuel cell system 16, the control unit 14 controls the inlet temperature of the cooling water supplied to the fuel cell 15 and the outlet temperature of the cooling water discharged from the fuel cell 15. The cooling water circulation device 9 and the radiator 12 are controlled to be constant.

以上のように構成された本実施の形態の燃料電池システム１６について、以下、その動作、作用を説明する。   The operation and action of the fuel cell system 16 of the present embodiment configured as described above will be described below.

まず、制御部１４は、酸化剤ガス供給装置７と燃料ガス供給装置８とを駆動し、酸化剤ガスとして空気を、酸化剤ガス流路１を通じて燃料電池１５の空気極に、燃料ガスとして水素ガスを、燃料ガス流路２を通じて燃料電池１５の水素極に、それぞれ供給する。   First, the control unit 14 drives the oxidant gas supply device 7 and the fuel gas supply device 8 to supply air as the oxidant gas to the air electrode of the fuel cell 15 through the oxidant gas flow channel 1 and hydrogen as the fuel gas. Gas is supplied to the hydrogen electrode of the fuel cell 15 through the fuel gas passage 2.

燃料電池１５は、燃料電池１５内に酸化剤ガス流路１、燃料ガス流路２を通じて供給された空気、水素ガスのガス拡散の性能などから、供給された空気、水素ガスを全て発電に使用することが困難であり、燃料電池１５からは発電に使用されなかったガスが、空気オフガス、水素オフガスとして、それぞれ排出される。   The fuel cell 15 uses all of the supplied air and hydrogen gas for power generation because of the gas diffusion performance of the air and hydrogen gas supplied through the oxidant gas channel 1 and the fuel gas channel 2 in the fuel cell 15. It is difficult to do so, and the gas not used for power generation is discharged from the fuel cell 15 as air off-gas and hydrogen off-gas, respectively.

この排出された水素オフガスを捨ててしまうと、水素ガスを無駄にしてしまうため、燃料電池システム１６の効率が低下してしまう。そこで、燃料電池１５から排出された水素オフガスを、燃料オフガス循環経路４を通じて再び燃料電池１５に供給することで、水素ガスの無駄をなくして、燃料電池システム１６の高効率化を図っている。   If the discharged hydrogen off-gas is discarded, the hydrogen gas is wasted, and the efficiency of the fuel cell system 16 is reduced. Therefore, the hydrogen off-gas discharged from the fuel cell 15 is supplied to the fuel cell 15 again through the fuel off-gas circulation path 4, thereby eliminating the waste of hydrogen gas and improving the efficiency of the fuel cell system 16.

しかしながら、燃料電池システム１６では、水素ガスを燃料オフガス循環経路４にて循環させた状態で運転を継続すると、空気に含まれる窒素ガスが、空気極側から電解質膜を透過して水素極側に移動し、水素ガス中の水素濃度が低下してくる。   However, in the fuel cell system 16, when the operation is continued with the hydrogen gas circulated in the fuel off-gas circulation path 4, the nitrogen gas contained in the air passes through the electrolyte membrane from the air electrode side to the hydrogen electrode side. It moves and the hydrogen concentration in hydrogen gas decreases.

このように、水素ガス中の水素濃度が低下すると燃料電池１５の発電を阻害する原因となり、発電時の燃料電池１５の電圧が低下して、燃料電池システム１６の発電効率が低下する。さらに、水素ガス中の窒素濃度によっては燃料電池１５が発電できなくなり、燃料電池システム１６が運転できなくなってしまう。   Thus, when the hydrogen concentration in hydrogen gas falls, it will become the cause which inhibits the electric power generation of the fuel cell 15, the voltage of the fuel cell 15 at the time of electric power generation will fall, and the electric power generation efficiency of the fuel cell system 16 will fall. Furthermore, depending on the nitrogen concentration in the hydrogen gas, the fuel cell 15 cannot generate power, and the fuel cell system 16 cannot be operated.

そこで、水素濃度の低下を抑制するために、一定時間が経過すると切替え弁１０によって、水素オフガスの経路を燃料オフガス循環経路４から燃料オフガス排出経路５に切り替え、窒素ガスを含んだ水素オフガスを、酸化剤オフガス排出経路６に排出された空気オフガスと共に、希釈装置１１で混合・希釈し、排出する。   Therefore, in order to suppress a decrease in the hydrogen concentration, the switching valve 10 switches the hydrogen off-gas path from the fuel off-gas circulation path 4 to the fuel off-gas discharge path 5 by a switching valve 10 so that the hydrogen off-gas containing nitrogen gas is changed. Along with the air off-gas discharged to the oxidant off-gas discharge path 6, it is mixed and diluted by the diluting device 11 and discharged.

その際、希釈装置１１から排出する混合・希釈後の水素オフガスに含まれる水素ガスの濃度が所定濃度以下（燃焼下限濃度未満）となるように、燃料電池１５から排出される空気オフガス量を増やし、水素オフガスと希釈装置１１で混合・希釈する。空気オフガス量は燃料電池１５に供給する空気量によって決定されるため、制御部１４にて酸化剤ガス供給装置７が燃料電池１５に供給する空気量を増やす作動制御を行う。   At that time, the amount of air off-gas discharged from the fuel cell 15 is increased so that the concentration of hydrogen gas contained in the mixed / diluted hydrogen off-gas discharged from the diluter 11 is equal to or lower than a predetermined concentration (less than the lower combustion limit concentration). Mix and dilute with hydrogen off-gas and diluting device 11. Since the amount of air off gas is determined by the amount of air supplied to the fuel cell 15, the control unit 14 performs operation control to increase the amount of air supplied to the fuel cell 15 by the oxidant gas supply device 7.

このとき冷却水の流量が、水素オフガスを排出する前と同じであると、燃料電池１５で発生した熱が、空気オフガス側に移動しやすくなり、冷却水の燃料電池１５から排出される冷却水の出口温度が低くなる。   At this time, if the flow rate of the cooling water is the same as that before discharging the hydrogen off-gas, the heat generated in the fuel cell 15 easily moves to the air off-gas side, and the cooling water discharged from the fuel cell 15 of the cooling water is discharged. The outlet temperature becomes lower.

また、燃料電池１５から排出された冷却水は循環され、燃料電池１５に再び供給されるため、燃料電池１５入り口の冷却水温度も低下する。これを回避するために、制御部１４によって温度センサー１３が検知した燃料電池１５に供給する冷却水の入口温度を基に、放熱器１２の作動制御を行い、冷却水からの放熱量を減らす。   Further, since the cooling water discharged from the fuel cell 15 is circulated and supplied to the fuel cell 15 again, the cooling water temperature at the inlet of the fuel cell 15 also decreases. In order to avoid this, the operation of the radiator 12 is controlled based on the inlet temperature of the cooling water supplied to the fuel cell 15 detected by the temperature sensor 13 by the control unit 14 to reduce the amount of heat released from the cooling water.

それによって、燃料電池１５に供給する冷却水の入口温度を燃料オフガス排出経路５から水素オフガスを外部に排出したときも、水素オフガスを外部に排出する前と同じ温度に維持する。   As a result, the inlet temperature of the cooling water supplied to the fuel cell 15 is maintained at the same temperature as before the hydrogen offgas is discharged to the outside even when the hydrogen offgas is discharged to the outside from the fuel offgas discharge path 5.

さらに、制御部１４によって温度センサー１３が検知した燃料電池１５に供給する冷却水の入口温度と、燃料電池１５から排出される冷却水の出口温度の差を基に、冷却水循環装置９の作動制御を行い、燃料電池１５内を流通する冷却水流量を減少させる。   Further, the operation control of the cooling water circulation device 9 is performed based on the difference between the inlet temperature of the cooling water supplied to the fuel cell 15 detected by the temperature sensor 13 by the control unit 14 and the outlet temperature of the cooling water discharged from the fuel cell 15. And the flow rate of the cooling water flowing through the fuel cell 15 is decreased.

それによって、燃料電池１５に供給する冷却水の入口温度と、燃料電池１５から排出される冷却水の出口温度の差を燃料オフガス排出経路５から水素オフガスを外部に排出したときも、水素オフガスを外部に排出する前と同じ温度差に維持する。   As a result, the difference between the inlet temperature of the cooling water supplied to the fuel cell 15 and the outlet temperature of the cooling water discharged from the fuel cell 15 can also be used when the hydrogen off gas is discharged to the outside from the fuel off gas discharge path 5. Maintain the same temperature difference as before discharging to the outside.

以上のように、本実施の形態の燃料電池システム１６は、燃料ガス流路２に供給される水素ガス（燃料ガス）及び、酸化剤ガス流路１に供給される空気（酸化剤ガス）を用いて発電する燃料電池１５と、燃料電池１５から排出される水素オフガス（燃料オフガス）を燃料ガス流路２に戻すための燃料オフガス循環経路４と、酸化剤ガス流路１に空気（酸化剤ガス）を供給する酸化剤ガス供給装置７と、空気オフガス（酸化剤オフガス）を外部に排出するための酸化剤オフガス排出経路６と、燃料ガス流路２に水素ガス（燃料ガス）を供給する燃料ガス供給装置８と、水素オフガス（燃料オフガス）を外部に排出するための燃料オフガス排出経路５と、燃料オフガス排出経路５と燃料オフガス循環経路４の分岐点に設けられ燃料電池１５から排出される水素オフガス（燃料オフガス）を、燃料オフガス循環経路４を経由して燃料ガス流路２に戻すか、燃料オフガス排出経路５を経由して外部に排出するかを切り替える切替え弁１０と、燃料オフガス排出経路５に流れた水素オフガス（燃料オフガス）を燃料電池１５から酸化剤オフガス排出経路６によって排出される空気オフガス（酸化剤オフガス）と混合して希釈する希釈装置１１と、燃料電池１５を冷却する冷却水が循環する冷却水循環流路３と、冷却水循環流路３の冷却水を燃料電池１５に循環させる冷却水循環装置９と、冷却水循環流路３の冷却水から放熱するための放熱器１２と、燃料電池１５に供給する（流入する）冷却水の入口温度及び、燃料電池１５から排出される（流出する）冷却水の出口温度を検知する温度センサー１３と、温度センサー１３と接続されて酸化剤ガス供給装置７と燃料ガス供給装置８と冷却水循環装置９と切替え弁１０と放熱器１２を制御する制御部１４を備える。   As described above, the fuel cell system 16 of the present embodiment uses the hydrogen gas (fuel gas) supplied to the fuel gas flow channel 2 and the air (oxidant gas) supplied to the oxidant gas flow channel 1. A fuel cell 15 for generating electricity, a fuel off-gas circulation path 4 for returning hydrogen off-gas (fuel off-gas) discharged from the fuel cell 15 to the fuel gas path 2, and air (oxidant) in the oxidant gas path 1. Oxidant gas supply device 7 for supplying gas), oxidant offgas discharge path 6 for discharging air offgas (oxidant offgas) to the outside, and hydrogen gas (fuel gas) for supplying fuel gas flow path 2 A fuel gas supply device 8, a fuel off gas discharge path 5 for discharging hydrogen off gas (fuel off gas) to the outside, and a branch point of the fuel off gas discharge path 5 and the fuel off gas circulation path 4 are discharged from the fuel cell 15. A switching valve 10 for switching whether the hydrogen offgas (fuel offgas) to be returned to the fuel gas flow path 2 via the fuel offgas circulation path 4 or discharged to the outside via the fuel offgas discharge path 5; A diluting device 11 that mixes and dilutes the hydrogen offgas (fuel offgas) that has flowed into the offgas discharge path 5 with the air offgas (oxidant offgas) discharged from the fuel cell 15 through the oxidant offgas discharge path 6, and the fuel cell 15. A cooling water circulation passage 3 through which cooling water to be circulated, a cooling water circulation device 9 for circulating the cooling water in the cooling water circulation passage 3 to the fuel cell 15, and a radiator for radiating heat from the cooling water in the cooling water circulation passage 3. 12 and a temperature sensor for detecting the inlet temperature of the cooling water supplied (inflowing) to the fuel cell 15 and the outlet temperature of the cooling water discharged (outflowing) from the fuel cell 15. Provided with over 13, a control unit 14 which controls the radiator 12 and temperature sensor 13 and the oxidizing gas supplying device 7 is connected to the fuel gas supply device 8 and the cooling water circulation system 9 and the switching valve 10.

制御部１４は、水素オフガス（燃料オフガス）を燃料オフガス排出経路５から外部に排出する際に、外部に排出される水素オフガス（燃料オフガス）に含まれる水素ガス濃度が燃焼下限濃度未満（所定濃度以下）になるように、酸化剤ガス供給装置７の空気供給量（酸化剤ガス供給量）を制御すると共に、温度センサー１３が検知した温度を基に、冷却水の入口温度及び冷却水の出口温度が、水素オフガス（燃料オフガス）を燃料オフガス排出経路５から外部に排出したときも、水素オフガス（燃料オフガス）を外部に排出する前と同じ温度を維持するように、冷却水循環装置９によって燃料電池１５に供給する冷却水の流量と放熱器１２によって冷却水から放熱する放熱量を調節するように構成されている。   When the control unit 14 discharges hydrogen offgas (fuel offgas) from the fuel offgas discharge path 5 to the outside, the hydrogen gas concentration contained in the hydrogen offgas (fuel offgas) discharged to the outside is less than the lower combustion limit concentration (predetermined concentration). The air supply amount (oxidant gas supply amount) of the oxidant gas supply device 7 is controlled so as to satisfy the following conditions, and the cooling water inlet temperature and the cooling water outlet are based on the temperature detected by the temperature sensor 13. Even when the hydrogen off-gas (fuel off-gas) is discharged to the outside from the fuel off-gas discharge path 5, the temperature is maintained by the cooling water circulation device 9 so that the same temperature as before the hydrogen off-gas (fuel off-gas) is discharged to the outside is maintained. The flow rate of cooling water supplied to the battery 15 and the amount of heat released from the cooling water by the radiator 12 are adjusted.

本実施の形態の燃料電池システム１６は、制御部１４が、温度センサー１３が検知した温度を基に、冷却水の入口温度及び冷却水の出口温度が、水素オフガス（燃料オフガス）を燃料オフガス排出経路５から外部に排出したときも、水素オフガス（燃料オフガス）を外部に排出する前と同じ温度を維持するように、冷却水循環装置９によって燃料電池１５に供給する冷却水の流量と放熱器１２によって冷却水から放熱する放熱量を調節することにより、冷却水の入口温度及び出口温度が水素オフガスを燃料オフガス排出経路５から水素オフガスを外部に排出したときも、水素オフガスを外部に排出する前と同じ温度に維持されるため、燃料電池１５の発電性能や耐久性を確保した上で、水素オフガスに含まれる水素ガス濃度を十分に希釈した状態で水素オフガスを排出することが可能となる。   In the fuel cell system 16 according to the present embodiment, the control unit 14 discharges hydrogen off-gas (fuel off-gas) into the fuel off-gas based on the temperature detected by the temperature sensor 13. Even when discharged from the path 5 to the outside, the flow rate of the cooling water supplied to the fuel cell 15 by the cooling water circulation device 9 and the radiator 12 so as to maintain the same temperature as before the hydrogen off gas (fuel off gas) is discharged to the outside. By adjusting the amount of heat dissipated from the cooling water by the cooling water, the inlet temperature and the outlet temperature of the cooling water can be reduced even when the hydrogen off-gas is discharged from the fuel off-gas discharge path 5 to the outside. Since the power generation performance and durability of the fuel cell 15 are ensured, the hydrogen gas concentration contained in the hydrogen off-gas is sufficiently diluted. It is possible to discharge the hydrogen off-gas state.

以上のように、本発明にかかる燃料電池システムは、燃料電池から排出される燃料オフガスを燃料ガスとして再利用する燃料オフガス循環経路を備え、燃料オフガスに含まれる窒素ガスを周期的に燃料オフガスと共に外部に排出する燃料電池システムにおいて、燃料オフガスに含まれる水素ガス濃度を十分に希釈した状態で排出することと、燃料電池の発電性能低下や耐久性低下を抑制することとを両立させることができるので、燃料電池から
排出される燃料オフガスを燃料ガスとして再利用する燃料オフガス循環経路を備え、燃料オフガスに含まれる窒素ガスを周期的に燃料オフガスと共に外部に排出する燃料電池システムで、長期にわたり安定した発電を行いたい用途、例えば、家庭用燃料電池や業務用燃料電池、燃料電池車両等の用途に好適である。 As described above, the fuel cell system according to the present invention includes the fuel off-gas circulation path for reusing the fuel off-gas discharged from the fuel cell as the fuel gas, and periodically includes the nitrogen gas contained in the fuel off-gas together with the fuel off-gas. In the fuel cell system to be discharged to the outside, it is possible to achieve both the discharge in a state where the hydrogen gas concentration contained in the fuel off-gas is sufficiently diluted and the suppression of the power generation performance deterioration and durability deterioration of the fuel cell. Therefore, a fuel off-gas circulation path that reuses fuel off-gas discharged from the fuel cell as fuel gas is provided, and the fuel cell system that periodically discharges nitrogen gas contained in the fuel off-gas together with the fuel off-gas to the outside is stable. Applications that want to generate electricity, such as household fuel cells, commercial fuel cells, and fuel cell vehicles It is preferred.

１ 酸化剤ガス流路
２ 燃料ガス流路
３ 冷却水循環流路
４ 燃料オフガス循環経路
５ 燃料オフガス排出経路
６ 酸化剤オフガス排出経路
７ 酸化剤ガス供給装置
８ 燃料ガス供給装置
９ 冷却水循環装置
１０ 切替え弁
１１ 希釈装置
１２ 放熱器
１３ 温度センサー
１４ 制御部
１５ 燃料電池
１６ 燃料電池システム DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Oxidant gas flow path 2 Fuel gas flow path 3 Cooling water circulation path 4 Fuel off-gas circulation path 5 Fuel off-gas discharge path 6 Oxidant off-gas discharge path 7 Oxidant gas supply apparatus 8 Fuel gas supply apparatus 9 Cooling water circulation apparatus 10 Switching valve DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Dilution apparatus 12 Radiator 13 Temperature sensor 14 Control part 15 Fuel cell 16 Fuel cell system

Claims (3)

燃料ガス流路に供給される燃料ガス及び、酸化剤ガス流路に供給される酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記燃料電池から排出される燃料オフガスを前記燃料ガス流路に戻すための燃料オフガス循環経路と、
前記酸化剤ガス流路に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記酸化剤オフガスを外部に排出するための酸化剤オフガス排出経路と、
前記燃料ガス流路に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
前記燃料オフガスを外部に排出するための燃料オフガス排出経路と、
前記燃料オフガス排出経路と前記燃料オフガス循環経路を切り替える切替え弁と、
前記燃料オフガス排出経路に流れた前記燃料オフガスを前記燃料電池から排出される前記酸化剤オフガスと混合して希釈する希釈装置と、
冷却水を前記燃料電池に循環させる冷却水循環装置と、
前記冷却水から放熱するための放熱器と、
前記燃料電池に供給する前記冷却水の入口温度及び、前記燃料電池から排出される前記冷却水の出口温度を検知する温度センサーと、
前記燃料オフガスを前記燃料オフガス排出経路から外部に排出する際に、外部に排出される前記燃料オフガスに含まれる水素ガス濃度が所定濃度以下になるように、前記酸化剤ガス供給装置の酸化剤ガス供給量を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記冷却水の入口温度及び前記冷却水の出口温度が、前記燃料オフガスを前記燃料オフガス排出経路から外部に排出したときも、前記燃料オフガスを外部に排出する前と同じ温度を維持するように制御することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell that generates power using the fuel gas supplied to the fuel gas channel and the oxidant gas supplied to the oxidant gas channel; and
A fuel off-gas circulation path for returning the fuel off-gas discharged from the fuel cell to the fuel gas flow path;
An oxidant gas supply device for supplying the oxidant gas to the oxidant gas flow path;
An oxidant off-gas discharge path for discharging the oxidant off-gas to the outside;
A fuel gas supply device for supplying the fuel gas to the fuel gas flow path;
A fuel off-gas discharge path for discharging the fuel off-gas to the outside;
A switching valve that switches between the fuel off-gas discharge path and the fuel off-gas circulation path;
A dilution device that mixes and dilutes the fuel off-gas that has flowed into the fuel off-gas discharge path with the oxidant off-gas discharged from the fuel cell;
A cooling water circulation device for circulating cooling water to the fuel cell;
A radiator for dissipating heat from the cooling water;
A temperature sensor for detecting an inlet temperature of the cooling water supplied to the fuel cell and an outlet temperature of the cooling water discharged from the fuel cell;
The oxidant gas of the oxidant gas supply device is configured such that when the fuel off gas is discharged from the fuel off gas discharge path to the outside, the hydrogen gas concentration contained in the fuel off gas discharged to the outside is equal to or lower than a predetermined concentration. A control unit for controlling the supply amount;
With
The control unit is configured such that the inlet temperature of the cooling water and the outlet temperature of the cooling water have the same temperature as before the fuel off-gas is discharged to the outside even when the fuel off-gas is discharged to the outside from the fuel off-gas discharge path. A fuel cell system which is controlled to maintain. 前記制御部は、前記温度センサーが検知した温度を基に、前記冷却水の入口温度及び前記冷却水の出口温度が、前記燃料オフガスを前記燃料オフガス排出経路から外部に排出したときも、前記燃料オフガスを外部に排出する前と同じ温度を維持するように、前記冷却水循環装置によって前記燃料電池に供給する前記冷却水の流量と前記放熱器によって冷却水から放熱する放熱量を調節することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。   The control unit is configured such that, even when the cooling water inlet temperature and the cooling water outlet temperature discharge the fuel off-gas from the fuel off-gas discharge path to the outside based on the temperature detected by the temperature sensor. The flow rate of the cooling water supplied to the fuel cell by the cooling water circulation device and the amount of heat released from the cooling water by the radiator are adjusted so as to maintain the same temperature as before the off-gas is discharged to the outside. The fuel cell system according to claim 1. 燃料ガス流路に供給される燃料ガス及び、酸化剤ガス流路に供給される酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記燃料電池から排出される燃料オフガスを前記燃料ガス流路に戻すための燃料オフガス循環経路と、
前記酸化剤ガス流路に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記酸化剤オフガスを外部に排出するための酸化剤オフガス排出経路と、
前記燃料ガス流路に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
前記燃料オフガスを外部に排出するための燃料オフガス排出経路と、
前記燃料オフガス排出経路と前記燃料オフガス循環経路を切り替える切替え弁と、
前記燃料オフガス排出経路に流れた前記燃料オフガスを前記燃料電池から排出される前記酸化剤オフガスと混合して希釈する希釈装置と、
冷却水を前記燃料電池に循環させる冷却水循環装置と、
前記冷却水から放熱するための放熱器と、
前記燃料電池に供給する前記冷却水の入口温度及び、前記燃料電池から排出される前記冷却水の出口温度を計測する温度センサーと、を備え、
前記燃料オフガスを前記燃料オフガス排出経路から外部に排出する際に、外部に排出される前記燃料オフガスに含まれる水素ガス濃度が所定濃度以下になるように、前記酸化剤ガス供給量を調整する燃料電池システムの運転方法であって、
前記冷却水の入口温度及び前記冷却水の出口温度を、前記燃料オフガスを前記燃料オフ
ガス排出経路から外部に排出したときも、前記燃料オフガスを外部に排出する前と同じ温度に維持することを特徴とする燃料電池システムの運転方法。 A fuel cell that generates power using the fuel gas supplied to the fuel gas channel and the oxidant gas supplied to the oxidant gas channel; and
A fuel off-gas circulation path for returning the fuel off-gas discharged from the fuel cell to the fuel gas flow path;
An oxidant gas supply device for supplying the oxidant gas to the oxidant gas flow path;
An oxidant off-gas discharge path for discharging the oxidant off-gas to the outside;
A fuel gas supply device for supplying the fuel gas to the fuel gas flow path;
A fuel off-gas discharge path for discharging the fuel off-gas to the outside;
A switching valve that switches between the fuel off-gas discharge path and the fuel off-gas circulation path;
A dilution device that mixes and dilutes the fuel off-gas that has flowed into the fuel off-gas discharge path with the oxidant off-gas discharged from the fuel cell;
A cooling water circulation device for circulating cooling water to the fuel cell;
A radiator for dissipating heat from the cooling water;
An inlet temperature of the cooling water supplied to the fuel cell, and a temperature sensor that measures an outlet temperature of the cooling water discharged from the fuel cell,
Fuel for adjusting the supply amount of the oxidant gas so that the concentration of hydrogen gas contained in the fuel off-gas discharged to the outside becomes a predetermined concentration or less when the fuel off-gas is discharged to the outside from the fuel off-gas discharge path A battery system operation method comprising:
The inlet temperature of the cooling water and the outlet temperature of the cooling water are maintained at the same temperature as before the fuel off-gas is discharged to the outside even when the fuel off-gas is discharged to the outside from the fuel off-gas discharge path. A method of operating the fuel cell system.
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