JP2019079720A - Fuel cell system and operation method thereof - Google Patents

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Atsunori Inoue
篤敬 井上
拓也 赤塚
Takuya Akatsuka
拓也 赤塚
尾関 正高
Masataka Ozeki
正高 尾関
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Abstract

To improve reliability of a fuel cell system where unreacted fuel gas is supplied again to a fuel cell as fuel gas, while realizing high efficiency of the fuel cell system.SOLUTION: A buffer tank 8 capable of changing capacity is provided in an unreacted fuel gas circulation passage 4 for supplying the unreacted fuel gas, as fuel gas, to a fuel cell 1. A controller 101 controls the capacity of the buffer tank 8 to a first capacity during stoppage of a fuel cell system 100, and controls the capacity of the buffer tank 8 to a second capacity larger than the first capacity during power generation. Before the impurity gas concentration of the unreacted fuel gas flowing through the unreacted fuel gas circulation passage 4 reaches a preset upper limit of impurity gas concentration, an unreacted fuel gas purge valve 6 is opened, and the impurity gas in the unreacted fuel gas circulation passage 4 is purged from an unreacted fuel gas purge passage 5 to the outside.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、燃料電池のアノードから排出される未反応燃料ガスを、再び燃料ガスとしてアノードに供給するための未反応燃料ガス循環経路が設けられた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 provided with an unreacted fuel gas circulation path for supplying again, as fuel gas, unreacted fuel gas discharged from the anode of the fuel cell, and a method of operating the fuel cell system.

燃料電池システムでは、例えば、燃料電池のアノードに供給される水素を含有する燃料ガスを有効利用して、燃料電池システムの発電効率を高めるために、燃料電池で発電に利用されずにアノードから排出される未反応燃料ガスが、再び燃料電池のアノードに供給されるように、未反応燃料ガス循環経路を備えている。   In the fuel cell system, for example, in order to effectively utilize the fuel gas containing hydrogen supplied to the anode of the fuel cell to enhance the power generation efficiency of the fuel cell system, the fuel cell is discharged from the anode without being used for power generation. The unreacted fuel gas circulation path is provided such that the unreacted fuel gas is supplied again to the anode of the fuel cell.

電解質膜を用いた燃料電池に未反応燃料ガス循環経路を設けると、カソードに供給された酸化剤ガス(空気)に含まれる窒素などの不純物ガスが、カソード側からアノード側に透過して未反応燃料ガス循環経路を循環する燃料ガスにおいて濃縮されて、燃料電池の発電を阻害し、燃料電池の発電電圧が低下して、燃料電池の発電効率が大きく低下する。   When a fuel cell using an electrolyte membrane is provided with an unreacted fuel gas circulation path, an impurity gas such as nitrogen contained in the oxidant gas (air) supplied to the cathode permeates from the cathode side to the anode side to cause unreacted gas The fuel gas circulating in the fuel gas circulation path is concentrated to inhibit the power generation of the fuel cell, the power generation voltage of the fuel cell is reduced, and the power generation efficiency of the fuel cell is greatly reduced.

そこで、未反応燃料ガス循環経路に、未反応燃料ガスを大気に放出するための未反応燃料ガス大気開放経路と、この未反応燃料ガス大気開放経路を開閉する大気開放弁(パージ弁)とを設け、周期的に所定条件を満たした場合に大気開放弁(パージ弁)を開いて未反応燃料ガス循環経路中の不純物ガスを未反応燃料ガスと共に大気開放(パージ)する。   Therefore, the unreacted fuel gas circulation path includes an unreacted fuel gas atmosphere opening path for releasing the unreacted fuel gas to the atmosphere, and an atmosphere opening valve (purge valve) for opening and closing the unreacted fuel gas atmosphere opening path. When the predetermined condition is satisfied periodically, the atmosphere open valve (purge valve) is opened to purge the impurity gas in the unreacted fuel gas circulation path with the unreacted fuel gas to the atmosphere (purge).

ここで、燃料電池の発電開始からの時間経過と共に燃料ガスに濃縮される不純物ガスによって、燃料電池のセル電圧が所定状態よりも低下したときに、大気開放弁(パージ弁)を開くことによって所定時間だけ不純物ガスを未反応燃料ガスと共にパージすることで、燃料電池の発電電圧の低下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1参照)。   Here, when the cell voltage of the fuel cell falls below a predetermined state due to the impurity gas concentrated to the fuel gas with the passage of time from the start of power generation of the fuel cell, the air release valve (purge valve) is opened. A fuel cell system has been proposed in which the decrease in the power generation voltage of the fuel cell is suppressed by purging the impurity gas together with the unreacted fuel gas for a time only (see, for example, Patent Document 1).

特許第4427833号公報Patent No. 4427833

前記従来の構成では、発電中は、不純物ガスによる電圧低下を抑制するために、燃料電池のセル電圧の低下を検知して、パージ弁を開放し不純物ガスパージを行っている。そして、酸化剤ガス側から燃料ガス側に透過する不純物ガスの量は、未反応燃料ガス循環経路の容積によらず同じである。   In the above-described conventional configuration, during power generation, in order to suppress the voltage drop due to the impurity gas, the drop of the cell voltage of the fuel cell is detected, the purge valve is opened, and the impurity gas purge is performed. The amount of impurity gas permeating from the oxidant gas side to the fuel gas side is the same regardless of the volume of the unreacted fuel gas circulation path.

パージ弁の耐久性を高めるために、発電中のパージ弁の作動回数を減らして、不純物ガス濃度の上昇を抑制する方法として、未反応燃料ガス循環経路の容積を大きくする方法がある。   In order to improve the durability of the purge valve, there is a method of increasing the volume of the unreacted fuel gas circulation path as a method of suppressing the increase of the impurity gas concentration by reducing the number of times of operation of the purge valve during power generation.

また、停止中はパージ弁を閉じているため、未反応燃料ガス循環経路中の不純物ガスが多くなり、起動時に不純物ガスパージを行う。発電効率の向上のため、起動時の不純物ガスパージを行わないように、停止中のみ未反応燃料ガス循環経路の容積を小さくする方法がある。   Further, since the purge valve is closed during the stop, the amount of impurity gas in the unreacted fuel gas circulation path increases, and the impurity gas is purged at the time of start-up. In order to improve the power generation efficiency, there is a method of reducing the volume of the unreacted fuel gas circulation path only during the stop so as not to perform the impurity gas purge at the start.

前記従来技術では、未反応燃料ガス循環経路の容積が一定であるため、パージ弁の耐久性の向上と発電効率の向上とを両立できないという課題があった。   In the above-mentioned prior art, since the volume of the unreacted fuel gas circulation path is constant, there is a problem that it is impossible to simultaneously improve the durability of the purge valve and the power generation efficiency.

本発明は、上記課題に鑑み、パージ弁の耐久性の向上と発電効率の向上とを両立できる燃料電池システムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of achieving both the improvement of the durability of the purge valve and the improvement of the power generation efficiency.

前記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、アノードに供給される燃料ガスとカソードに供給される酸化剤ガスとを反応させることで発電を行う燃料電池と、燃料電池のアノードに燃料ガスを供給する燃料ガス供給経路と、燃料電池のアノードから排出される未反応燃料ガスを燃料ガスとして燃料ガス供給経路に供給するための未反応燃料ガス循環経路と、未反応燃料ガス循環経路に設けられ未反応燃料ガスを燃料ガス供給経路に供給する搬送手段と、未反応燃料ガス循環経路から分岐する未反応燃料ガスパージ経路と、未反応燃料ガスパージ経路を開閉する未反応燃料ガスパージ弁と、未反応燃料ガス循環経路に設けられ、容積を変更可能なバッファタンクと、バッファタンクの容積を変える容積変更手段と、制御器と、を備え、制御器が、停止中には、バッファタンクの容積が第1容積になるように容積変更手段を制御し、発電時には、バッファタンクの容積が第1容積よりも大きい第2容積になるように容積変更手段を制御すると共に、未反応燃料ガス循環経路を流れる未反応燃料ガスの不純物ガス濃度が、予め設定された不純物ガス濃度の上限値に達する前に、未反応燃料ガスパージ弁を開きパージするように制御するように構成されている。   In order to solve the above-mentioned conventional problems, a fuel cell system according to the present invention comprises a fuel cell that generates electric power by reacting a fuel gas supplied to an anode with an oxidant gas supplied to a cathode. Fuel gas supply path for supplying fuel gas to the anode, unreacted fuel gas circulation path for supplying unreacted fuel gas discharged from the anode of the fuel cell to the fuel gas supply path as fuel gas, and unreacted fuel gas A transport means provided in the circulation path for supplying unreacted fuel gas to the fuel gas supply path, an unreacted fuel gas purge path branched from the unreacted fuel gas circulation path, and an unreacted fuel gas purge valve for opening and closing the unreacted fuel gas purge path And a buffer tank provided in the unreacted fuel gas circulation path and capable of changing the volume, volume changing means for changing the volume of the buffer tank, and a controller And the controller controls the volume changing means so that the volume of the buffer tank is at the first volume during stoppage, and at the time of power generation, the volume of the buffer tank is at the second volume larger than the first volume. Control the volume changing means so that the unreacted fuel gas purge valve passes the unreacted fuel gas purge valve before the impurity gas concentration of the unreacted fuel gas reaches the preset upper limit value of the impurity gas concentration. It is configured to control to open purge.

これにより、発電時は、未反応燃料ガス循環経路のバッファタンクの容積を大きくすることで、不純物ガス濃度の上昇が抑えられるので、未反応燃料ガスパージ弁の作動回数が削減できる。   As a result, at the time of power generation, the increase in the impurity gas concentration can be suppressed by increasing the volume of the buffer tank in the unreacted fuel gas circulation path, so the number of times of operation of the unreacted fuel gas purge valve can be reduced.

さらに、停止時は、未反応燃料ガス循環経路のバッファタンクの容積を小さくし、起動して発電する時は未反応燃料ガス循環経路のバッファタンクの容積を大きくするので、起動時の不純物濃度を低くでき、従来起動時に行っていた不純物ガスパージを行う必要がなくなり、未反応燃料ガスパージ弁の耐久性の向上と発電効率の向上とを両立することが可能となる。   Furthermore, at the time of stop, the volume of the buffer tank in the unreacted fuel gas circulation path is reduced, and at the time of activation to generate power, the volume of the buffer tank in the unreacted fuel gas circulation path is increased. This can be lowered, and it is not necessary to purge the impurity gas conventionally performed at the time of startup, and it becomes possible to achieve both the improvement of the durability of the unreacted fuel gas purge valve and the improvement of the power generation efficiency.

本発明の燃料電池システムによれば、発電時は、未反応燃料ガス循環経路の容積を大きくすることで、未反応燃料ガスパージ弁の作動回数を削減して未反応燃料ガスパージ弁の耐久性を向上し、燃料電池システムとしての信頼性が向上する。   According to the fuel cell system of the present invention, at the time of power generation, by increasing the volume of the unreacted fuel gas circulation path, the number of times of operation of the unreacted fuel gas purge valve is reduced and the durability of the unreacted fuel gas purge valve is improved. The reliability of the fuel cell system is improved.

また、停止時には、未反応燃料ガス循環経路の容積を小さくし、起動して発電する時には、未反応燃料ガス循環経路の容積を大きくするので、起動時の不純物濃度を低くでき、従来起動時に行っていた不純物ガスパージを行う必要がなくなる。   Further, at the time of stop, the volume of the unreacted fuel gas circulation path is reduced, and at the time of power generation by start-up, the volume of the unreacted fuel gas circulation path is increased. It is not necessary to perform the impurity gas purge which has been performed.

これにより、起動時間が短縮できると共に、不純物ガスパージの際に用いていた燃料ガスを削減できるため、燃料電池システムの高効率化を実現できる。   As a result, the start-up time can be shortened, and the fuel gas used for the impurity gas purge can be reduced, so that the fuel cell system can be made more efficient.

本発明の実施の形態1および3における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図Block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to Embodiments 1 and 3 of the present invention (a)燃料電池システムの停止中の図1におけるA部のバッファタンク内の容積とバッファタンク内の水位を示す概略図(b)燃料電池システムの発電中の図1におけるA部のバッファタンク内の容積とバッファタンク内の水位を示す概略図(A) A schematic view showing the volume in the buffer tank of part A in FIG. 1 and the water level in the buffer tank during stop of the fuel cell system (b) Inside the buffer tank of part A in FIG. 1 during power generation of the fuel cell system Diagram showing the volume of water and the water level in the buffer tank 本発明の実施の形態1および3における燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートFlowchart showing operation method of fuel cell system in Embodiments 1 and 3 of the present invention 本発明の実施の形態2における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図Block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention (a)燃料電池システムの停止中の図4におけるB部のバッファタンク内の容積とバッファタンク内の水位を示す概略図(b)燃料電池システムの発電中の図4におけるB部のバッファタンク内の容積とバッファタンク内の水位を示す概略図(A) A schematic view showing the volume in the buffer tank of part B in FIG. 4 and the water level in the buffer tank during stop of the fuel cell system (b) The buffer tank in part B in FIG. 4 during power generation of the fuel cell system Diagram showing the volume of water and the water level in the buffer tank 本発明の実施の形態2における燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートFlow chart showing operation method of fuel cell system in Embodiment 2 of the present invention 本発明の実施の形態3における燃料電池システムの停止時間と停止中のバッファタンクの第1容積の関係を示す特性図A characteristic diagram showing the relationship between the stop time of the fuel cell system and the first volume of the buffer tank during stop according to Embodiment 3 of the present invention

第1の発明は、アノードに供給される燃料ガスとカソードに供給される酸化剤ガスとを反応させることで発電を行う燃料電池と、燃料電池のアノードに燃料ガスを供給する燃料ガス供給経路と、燃料電池のアノードから排出される未反応燃料ガスを燃料ガスとして燃料ガス供給経路に供給するための未反応燃料ガス循環経路と、未反応燃料ガス循環経路に設けられ未反応燃料ガスを燃料ガス供給経路に供給する搬送手段と、未反応燃料ガス循環経路から分岐する未反応燃料ガスパージ経路と、未反応燃料ガスパージ経路を開閉する未反応燃料ガスパージ弁と、未反応燃料ガス循環経路に設けられ、容積を変更可能なバッファタンクと、バッファタンクの容積を変える容積変更手段と、制御器と、を備え、制御器は、停止中に、バッファタンクの容積が第1容積になるように容積変更手段を制御し、発電時は、バッファタンクの容積が第1容積よりも大きい第2容積になるように容積変更手段を制御すると共に、未反応燃料ガス循環経路を流れる未反応燃料ガスの不純物ガス濃度が、予め設定された不純物ガス濃度の上限値に達する前に、未反応燃料ガスパージ弁を開きパージするように制御する燃料電池システムである。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel cell generating electricity by reacting a fuel gas supplied to an anode with an oxidant gas supplied to a cathode, and a fuel gas supply path for supplying the fuel gas to the anode of the fuel cell An unreacted fuel gas circulation path for supplying unreacted fuel gas discharged from the anode of the fuel cell as a fuel gas to the fuel gas supply path, and an unreacted fuel gas circulation path provided with unreacted fuel gas as a fuel gas Provided in the unreacted fuel gas circulation passage, transport means for supplying to the supply passage, an unreacted fuel gas purge passage branched from the unreacted fuel gas circulation passage, an unreacted fuel gas purge valve for opening and closing the unreacted fuel gas purge passage, A buffer tank capable of changing the volume, volume changing means for changing the volume of the buffer tank, and a controller, wherein the controller The volume changing means is controlled so that the volume becomes the first volume, and at the time of power generation, the volume changing means is controlled so that the volume of the buffer tank becomes the second volume larger than the first volume, and unreacted fuel gas The fuel cell system is controlled to open and purge the unreacted fuel gas purge valve before the impurity gas concentration of the unreacted fuel gas flowing through the circulation path reaches the preset upper limit value of the impurity gas concentration.

この構成とすることで、燃料電池のアノードから排出される未反応燃料ガスを、再びアノードに燃料ガスとして供給する未反応燃料ガス循環経路に容量可変のバッファタンクを備えた燃料電池システムにおいて、発電時は、未反応燃料ガス循環経路に設けられたバッファタンクの容積を大きくなるように変更させる。   With this configuration, the fuel cell system is provided with a buffer tank having a variable capacity in the unreacted fuel gas circulation path that supplies the unreacted fuel gas discharged from the anode of the fuel cell as the fuel gas again to the anode. At times, the volume of the buffer tank provided in the unreacted fuel gas circulation path is changed to be large.

その結果、バッファタンクを含む未反応燃料ガス循環経路の未反応燃料ガス中の不純物ガスの濃縮速度を抑制させることが可能となり、未反応燃料ガスパージ弁の作動回数を抑制することで未反応燃料ガスパージ弁の耐久性が向上し、燃料電池システムとしての信頼性が向上する。   As a result, it is possible to suppress the concentration rate of the impurity gas in the unreacted fuel gas in the unreacted fuel gas circulation path including the buffer tank, thereby suppressing the number of times of operation of the unreacted fuel gas purge valve. The durability of the valve is improved, and the reliability of the fuel cell system is improved.

また、停止中は、未反応燃料ガス循環経路のバッファタンクの容積を小さくなるように変更させ、燃料電池システムを起動して発電する時には、未反応燃料ガス循環経路のバッファタンクの容積を大きくする。   In addition, the volume of the buffer tank in the unreacted fuel gas circulation path is changed to be smaller while the fuel cell system is stopped, and the volume of the buffer tank in the unreacted fuel gas circulation path is increased when the fuel cell system is activated to generate power. .

その結果、起動時は、バッファタンクを含む未反応燃料ガス循環経路に濃縮する不純物ガスの濃度を低くすることが可能となり、従来起動時に行っていた不純物ガスパージを行う必要がなくなる。これにより、燃料電池システムの起動時間を短縮できると共に、不純物ガスパージの際に用いていた燃料ガスを削減できるため、燃料電池システムの高効率化が可能となる。   As a result, at the time of start-up, the concentration of the impurity gas concentrated in the unreacted fuel gas circulation path including the buffer tank can be lowered, and it becomes unnecessary to perform the impurity gas purge conventionally performed at the time of start-up. As a result, the start-up time of the fuel cell system can be shortened, and the fuel gas used for the impurity gas purge can be reduced, so that the fuel cell system can be made more efficient.

第2の発明は、特に第1の発明における容積変更手段として、バッファタンク内に水を供給する水供給器と、バッファタンク内の水を排出する水排出弁と、を備え、バッファタンクにおける未反応燃料ガス循環経路への未反応燃料ガスの流出口を、バッファタンク内
の最高水位よりも高い位置に配置し、制御器は、停止中にバッファタンクの容積が第1容積になるように、発電時はバッファタンクの容積が第1容積よりも大きい第2容積になるように、バッファタンク内の水の量を制御する燃料電池システムである。
In the second invention, particularly as the volume changing means in the first invention, the water supply device for supplying water into the buffer tank and the water discharge valve for discharging the water in the buffer tank are provided. The outlet of unreacted fuel gas to the reactive fuel gas circulation path is disposed at a position higher than the highest water level in the buffer tank, and the controller is configured to bring the volume of the buffer tank to the first volume during stoppage, The fuel cell system controls the amount of water in the buffer tank so that the volume of the buffer tank becomes a second volume larger than the first volume during power generation.

この構成とすることで、容易に入手可能な水をバッファタンクの容積変更手段として利用することが可能となる。これにより、タンク構成を変化させることなく、バッファタンク内の水の量を制御することで、発電時は、バッファタンクの容積を大きくなるように変更できる。   With this configuration, readily available water can be used as a buffer tank volume changing means. Accordingly, by controlling the amount of water in the buffer tank without changing the tank configuration, it is possible to change the volume of the buffer tank to be large at the time of power generation.

その結果、バッファタンクを含む未反応燃料ガス循環経路の未反応燃料ガス中の不純物ガスの濃縮速度を抑制させることが可能となり、未反応燃料ガスパージ弁の作動回数を抑制することで未反応燃料ガスパージ弁の耐久性が向上し、燃料電池システムとしての信頼性が向上する。   As a result, it is possible to suppress the concentration rate of the impurity gas in the unreacted fuel gas in the unreacted fuel gas circulation path including the buffer tank, thereby suppressing the number of times of operation of the unreacted fuel gas purge valve. The durability of the valve is improved, and the reliability of the fuel cell system is improved.

また、停止中もタンク構成を変化させることなく、バッファタンク内の水の量を制御することで、バッファタンクの容積を小さくなるように変更できる。その結果、起動時は、バッファタンクを含む未反応燃料ガス循環経路を循環する燃料ガスに濃縮する不純物ガスの濃度を低くすることが可能となり、従来起動時に行っていた不純物ガスパージを行う必要がなくなる。   Further, the volume of the buffer tank can be changed to be smaller by controlling the amount of water in the buffer tank without changing the tank configuration even during the stop. As a result, at the time of start-up, the concentration of the impurity gas concentrated in the fuel gas circulating in the unreacted fuel gas circulation path including the buffer tank can be lowered, and the impurity gas purge conventionally performed at the start-up is eliminated. .

これにより、燃料電池システムの起動時間を短縮できると共に、不純物ガスパージの際に用いていた燃料ガスを削減できるため、燃料電池システムの高効率化が可能となる。   As a result, the start-up time of the fuel cell system can be shortened, and the fuel gas used for the impurity gas purge can be reduced, so that the fuel cell system can be made more efficient.

第3の発明は、特に第2の発明に加えて、バッファタンクの容積が第1容積になるときのバッファタンク内の水位と、バッファタンクの容積が第2容積になるときのバッファタンク内の水位と、を検知する水位検知器を備え、制御器は、水位検知器の検知水位に基づいて、水供給器と水排出弁とを制御する燃料電池システムである。   In the third invention, in addition to the second invention in particular, the water level in the buffer tank when the volume of the buffer tank becomes the first volume, and the volume in the buffer tank when the volume of the buffer tank becomes the second volume The fuel cell system includes a water level detector that detects the water level, and the controller controls the water supplier and the water discharge valve based on the detected water level of the water level detector.

この構成とすることで、バッファタンクの容積を水位検知器で検知することにより、より正確にバッファタンクの容積を設定することが可能となる。これにより、未反応燃料ガスパージ弁の作動回数をより抑制することで未反応燃料ガスパージ弁の耐久性が向上し、燃料電池システムとしての信頼性を更に向上させることが可能となる。   With this configuration, the volume of the buffer tank can be set more accurately by detecting the volume of the buffer tank with the water level detector. Thus, the durability of the unreacted fuel gas purge valve can be improved by further suppressing the number of times of operation of the unreacted fuel gas purge valve, and the reliability of the fuel cell system can be further improved.

第4の発明は、特に第1から第3のいずれかの発明における制御器が、バッファタンクの第1容積を、停止時間に応じて変更するように制御する燃料電池システムである。   A fourth invention is, in particular, a fuel cell system in which the controller in any of the first to third inventions controls the first volume of the buffer tank to change according to the stop time.

この構成とすることで、バッファタンクの第1容積を、停止時間に応じて変更し、バッファタンクの第2容積との容積差を不要に大きくする必要がなくなることから、停止中にバッファタンクの第2容積から第1容積へと変更するための時間と、容積を変更するために必要な機器の消費電力を抑制できることから、燃料電池システムの更なる高効率化が可能となる。   With this configuration, it is not necessary to change the first volume of the buffer tank according to the stop time and unnecessarily increase the volume difference with the second volume of the buffer tank. Since the time required to change from the second volume to the first volume and the power consumption of the device required to change the volume can be reduced, it is possible to further improve the efficiency of the fuel cell system.

第5の発明は、アノードに供給される燃料ガスとカソードに供給される酸化剤ガスとを反応させることで発電を行う燃料電池と、燃料電池のアノードに燃料ガスを供給する燃料ガス供給経路と、燃料電池のアノードから排出される未反応燃料ガスを燃料ガスとして燃料ガス供給経路に供給するための未反応燃料ガス循環経路と、未反応燃料ガス循環経路に設けられ未反応燃料ガスを燃料ガス供給経路に供給する搬送手段と、未反応燃料ガス循環経路から分岐する未反応燃料ガスパージ経路と、未反応燃料ガスパージ経路を開閉する未反応燃料ガスパージ弁と、未反応燃料ガス循環経路に設けられ、容積を変更可能なバッファタンクと、バッファタンクの容積を変える容積変更手段と、を備えた燃料電池システム
の運転方法であって、停止中に、容積変更手段によってバッファタンクの容積を第1容積にし、発電時は、容積変更手段によってバッファタンクの容積を第1容積よりも大きい第2容積にすると共に、未反応燃料ガス循環経路を流れる未反応燃料ガスの不純物ガス濃度が、予め設定された不純物ガス濃度の上限値に達する前に、未反応燃料ガスパージ弁を開きパージすることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell that generates electric power by reacting a fuel gas supplied to an anode with an oxidant gas supplied to a cathode, and a fuel gas supply path for supplying the fuel gas to the anode of the fuel cell An unreacted fuel gas circulation path for supplying unreacted fuel gas discharged from the anode of the fuel cell as a fuel gas to the fuel gas supply path, and an unreacted fuel gas circulation path provided with unreacted fuel gas as a fuel gas Provided in the unreacted fuel gas circulation passage, transport means for supplying to the supply passage, an unreacted fuel gas purge passage branched from the unreacted fuel gas circulation passage, an unreacted fuel gas purge valve for opening and closing the unreacted fuel gas purge passage, A method of operating a fuel cell system comprising: a buffer tank capable of changing the volume; and volume changing means for changing the volume of the buffer tank The volume of the buffer tank is made the first volume by the volume changing means, and at the time of power generation, the volume of the buffer tank is made the second volume larger than the first volume by the volume changing means and unreacted gas flowing in the unreacted fuel gas circulation path It is characterized in that the unreacted fuel gas purge valve is opened and purged before the impurity gas concentration of the fuel gas reaches a preset upper limit value of the impurity gas concentration.

この運転方法とすることにより、発電時は、バッファタンクの容積を大きくなるように変更させる。その結果、バッファタンクを含む未反応燃料ガス循環経路の未反応燃料ガス中の不純物ガスの濃縮速度を抑制させることが可能となり、未反応燃料ガスパージ弁の作動回数を抑制することで未反応燃料ガスパージ弁の耐久性が向上し、燃料電池システムとしての信頼性が向上する。   By using this operation method, at the time of power generation, the volume of the buffer tank is changed to be large. As a result, it is possible to suppress the concentration rate of the impurity gas in the unreacted fuel gas in the unreacted fuel gas circulation path including the buffer tank, thereby suppressing the number of times of operation of the unreacted fuel gas purge valve. The durability of the valve is improved, and the reliability of the fuel cell system is improved.

また、停止中は、バッファタンクの容積を小さくなるように変更させ、燃料電池システムを起動して発電する時にはバッファタンクの容積を大きくする。その結果、起動時は、バッファタンクを含む未反応燃料ガス循環経路に濃縮する不純物ガスの濃度を低くすることが可能となり、従来起動時に行っていた不純物ガスパージを行う必要がなくなる。   Also, during stoppage, the volume of the buffer tank is changed to be smaller, and when the fuel cell system is activated to generate power, the volume of the buffer tank is increased. As a result, at the time of start-up, the concentration of the impurity gas concentrated in the unreacted fuel gas circulation path including the buffer tank can be lowered, and it becomes unnecessary to perform the impurity gas purge conventionally performed at the time of start-up.

これにより、起動時間が短縮できると共に、不純物ガスパージの際に用いていた燃料ガスを削減できるため、燃料電池システムの高効率化が可能となる燃料電池システムの運転方法を提供できる。   As a result, the start-up time can be shortened, and the fuel gas used at the time of impurity gas purge can be reduced, so that it is possible to provide a method of operating a fuel cell system that can increase the efficiency of the fuel cell system.

以下、本発明の実施の形態を具体的に例示する。なお、全ての図面において、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically exemplified. In all the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。   Further, in all the drawings, only components necessary to explain the present invention are extracted and shown, and the other components are not shown. Furthermore, the present invention is not limited to the following embodiments.

(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ブロック図である。図2は、本発明の実施の形態1における燃料電池システムの停止中と発電中のそれぞれの図1におけるA部のバッファタンク内の容積とバッファタンク内の水位を示す概略図である。図3は、本発明の実施の形態1における燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートである。
Embodiment 1
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a schematic view showing the volume in the buffer tank and the water level in the buffer tank of part A in FIG. 1 during stop and generation of the fuel cell system in Embodiment 1 of the present invention. FIG. 3 is a flow chart showing a method of operating a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.

図1に示すように、実施の形態1の燃料電池システム100は、燃料電池1と、燃料ガス供給経路2と、酸化剤ガス供給経路3と、未反応燃料ガス循環経路4と、未反応燃料ガスパージ経路5と、未反応燃料ガスパージ弁6と、搬送手段7と、バッファタンク8と、水供給器9と、水排出弁10と、制御器101とを備える。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system 100 of Embodiment 1 includes a fuel cell 1, a fuel gas supply path 2, an oxidant gas supply path 3, an unreacted fuel gas circulation path 4, and an unreacted fuel. A gas purge path 5, an unreacted fuel gas purge valve 6, a transport unit 7, a buffer tank 8, a water supplier 9, a water discharge valve 10, and a controller 101 are provided.

燃料電池1は、アノードに供給される水素を含有する燃料ガス及びカソードに供給される酸素を含有する酸化剤ガスを用いて発電するものである。燃料ガスと酸化剤ガスは、それぞれの供給装置(図示せず)により供給する。   The fuel cell 1 generates electricity using a fuel gas containing hydrogen supplied to the anode and an oxidant gas containing oxygen supplied to the cathode. The fuel gas and the oxidant gas are supplied by respective supply devices (not shown).

本実施の形態では、燃料ガスとして純水素ガスを用い、燃料電池システム内で発生する圧力損失よりも高い圧力で燃料ガスを燃料電池1のアノードに供給する。また、酸化剤ガスとして空気を用いる。燃料電池1には、固体高分子形燃料電池を用いる。   In the present embodiment, pure hydrogen gas is used as the fuel gas, and the fuel gas is supplied to the anode of the fuel cell 1 at a pressure higher than the pressure loss generated in the fuel cell system. In addition, air is used as the oxidant gas. For the fuel cell 1, a polymer electrolyte fuel cell is used.

燃料ガス供給経路2は、燃料電池1のアノードに純水素ガスを供給するための経路である。また、酸化剤ガス供給経路3は、燃料電池1のカソードに空気を供給するための経路
である。
The fuel gas supply path 2 is a path for supplying pure hydrogen gas to the anode of the fuel cell 1. The oxidant gas supply path 3 is a path for supplying air to the cathode of the fuel cell 1.

また、未反応燃料ガス循環経路4は、燃料電池1のアノードから排出された未反応燃料ガスを再び燃料電池1のアノードへ燃料ガスとして供給するための経路であり、燃料電池1のアノードから排出された未反応燃料ガスが、燃料ガス供給経路2を流れる燃料ガスと合流するように、未反応燃料ガス循環経路4の流出側の端部が燃料ガス供給経路2と連通している。   The unreacted fuel gas circulation path 4 is a path for again supplying the unreacted fuel gas discharged from the anode of the fuel cell 1 to the anode of the fuel cell 1 as a fuel gas, and is discharged from the anode of the fuel cell 1 The outlet end of the unreacted fuel gas circulation passage 4 is in communication with the fuel gas supply passage 2 so that the unreacted fuel gas merges with the fuel gas flowing through the fuel gas supply passage 2.

未反応燃料ガスパージ経路5は、未反応燃料ガス循環経路4から分岐して、未反応燃料ガス循環経路4内の未反応燃料ガスを外部へパージするための経路である。本実施の形態では、パージした未反応燃料ガスを空気で希釈することで、未反応燃料ガスに含まれる水素の濃度を可燃範囲以下に下げて、大気にパージする。   The unreacted fuel gas purge path 5 is a path branched from the unreacted fuel gas circulation path 4 and for purging the unreacted fuel gas in the unreacted fuel gas circulation path 4 to the outside. In the present embodiment, by diluting the purged unreacted fuel gas with air, the concentration of hydrogen contained in the unreacted fuel gas is lowered to the flammable range or lower and purged to the atmosphere.

未反応燃料ガスパージ弁6は、未反応燃料ガスパージ経路5の途中に設けられており、未反応燃料ガス循環経路4内の未反応燃料ガスを外部へパージするために経路を開閉する開閉弁である。本実施の形態では、未反応燃料ガスパージ弁6に電磁弁を使用する。   The unreacted fuel gas purge valve 6 is provided in the middle of the unreacted fuel gas purge path 5 and is an on-off valve for opening and closing the path for purging the unreacted fuel gas in the unreacted fuel gas circulation path 4 to the outside. . In the present embodiment, a solenoid valve is used for the unreacted fuel gas purge valve 6.

搬送手段7は、未反応燃料ガス循環経路4の未反応燃料ガスを循環させる(燃料電池1のアノードから未反応燃料ガス循環経路4に排出された未反応燃料ガスを燃料ガス供給経路2に搬送する)ために、未反応燃料ガスパージ経路5との分岐点よりも上流側で未反応燃料ガス循環経路4に設けられたポンプである。   Transport means 7 circulates unreacted fuel gas in unreacted fuel gas circulation path 4 (transfers unreacted fuel gas discharged from the anode of fuel cell 1 to unreacted fuel gas circulation path 4 to fuel gas supply path 2 And a pump provided in the unreacted fuel gas circulation passage 4 on the upstream side of the branch point with the unreacted fuel gas purge passage 5.

バッファタンク8は、搬送手段7よりも上流側で未反応燃料ガス循環経路4に設けられており、未反応燃料ガス循環経路4の経路内の容積を変更させることが可能なタンクである。本実施の形態では、バッファタンク8を固形のタンクとし、バッファタンク8内の水の量でバッファタンク8の容積を擬似的に変更する。以降、本実施の形態では、バッファタンク8の容積は、バッファタンク8内の水の量で変更した容積として記載する。   The buffer tank 8 is provided in the unreacted fuel gas circulation path 4 on the upstream side of the transport means 7, and is a tank capable of changing the volume in the path of the unreacted fuel gas circulation path 4. In the present embodiment, the buffer tank 8 is a solid tank, and the volume of the buffer tank 8 is artificially changed by the amount of water in the buffer tank 8. Hereinafter, in the present embodiment, the volume of the buffer tank 8 is described as the volume changed by the amount of water in the buffer tank 8.

水供給器9は、バッファタンク8に水を供給するために、バッファタンク8に接続するように設けられている。   The water supplier 9 is provided to be connected to the buffer tank 8 in order to supply water to the buffer tank 8.

水排出弁10は、バッファタンク8の水を排出するために、バッファタンク8の底部に接続するように設けられている。   The water discharge valve 10 is provided to be connected to the bottom of the buffer tank 8 in order to discharge the water of the buffer tank 8.

制御器101は、燃料電池システム100を制御するための制御機能を有し、演算処理部(図示せず)と、制御プログラムを記憶する記憶部(図示せず)とを備える。演算処理部には、CPUを備えている。記憶部には、メモリーを備えている。   The controller 101 has a control function for controlling the fuel cell system 100, and includes an arithmetic processing unit (not shown) and a storage unit (not shown) for storing a control program. The arithmetic processing unit includes a CPU. The storage unit includes a memory.

固体高分子形燃料電池は、一般的に、MEAをセパレータで挟持した構造であり、本実施の形態では、MEAは、ガス拡散層、カソード触媒層、固体高分子電解質膜、アノード触媒層、およびガス拡散層が積層した構造を有する。電池反応は、触媒と、触媒を担持する担体、およびアイオノマー(イオン伝導性高分子)とからなるカソード触媒層とアノード触媒層において進行する。   The polymer electrolyte fuel cell generally has a structure in which the MEA is sandwiched by the separators, and in the present embodiment, the MEA includes a gas diffusion layer, a cathode catalyst layer, a solid polymer electrolyte membrane, an anode catalyst layer, and It has a structure in which gas diffusion layers are stacked. The cell reaction proceeds in a cathode catalyst layer and an anode catalyst layer composed of a catalyst, a catalyst-supporting carrier, and an ionomer (ion conductive polymer).

燃料電池1は、燃料電池1内のガス流路のガス拡散の性能などから、供給された純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1からは未反応燃料ガスが排出される。この排出された未反応燃料ガスをそのまま捨ててしまうと、純水素ガスを無駄にして燃料電池システム100の発電効率が低下するため、燃料電池1で利用されなかった未反応燃料ガスを再び燃料電池1の燃料ガス供給経路2に循環させる。   It is difficult for the fuel cell 1 to use all the supplied pure hydrogen gas for power generation because of the gas diffusion performance of the gas flow path in the fuel cell 1, etc., and the unreacted fuel gas is discharged from the fuel cell 1 Be done. If the discharged unreacted fuel gas is discarded as it is, pure hydrogen gas is wasted and the power generation efficiency of the fuel cell system 100 is reduced. Therefore, the unreacted fuel gas not used in the fuel cell 1 is reused as a fuel cell It circulates to 1 fuel gas supply route 2.

このとき、燃料電池1内の電解質膜を通して酸化剤ガス側から燃料ガス側に、空気に含まれる窒素などの不純物ガスが透過して濃縮されるため、発電開始からの時間経過と共に未反応燃料ガス不純物ガスが濃縮される。   At this time, since the impurity gas such as nitrogen contained in the air is permeated and concentrated from the oxidant gas side to the fuel gas side through the electrolyte membrane in the fuel cell 1, unreacted fuel gas is generated with the lapse of time from the start of power generation. Impurity gas is concentrated.

このため、濃縮される不純物ガスの量を予め実験で把握し、不純物ガスの量が所定量溜まる所定時間の間隔で定期的に不純物ガスを未反応燃料ガスと共にパージし、必要以上に未反応燃料ガスをパージすることを防止すると共に、燃料電池1の発電電圧が低下して、燃料電池1の発電効率が大きく低下することを防止する。   Therefore, the amount of the impurity gas to be concentrated is grasped in advance by experiment, and the impurity gas is periodically purged together with the unreacted fuel gas at predetermined time intervals when the amount of the impurity gas is accumulated for a predetermined amount. As well as preventing the gas from being purged, it is possible to prevent the power generation efficiency of the fuel cell 1 from being greatly reduced due to a decrease in the power generation voltage of the fuel cell 1.

バッファタンク8の容積は、予め実験によって設定された水供給器9の水供給時間と水排出弁10の水排出時間から、バッファタンク8内の水の量で設定する。本実施の形態では、未反応燃料ガス循環経路4の容積は200cc、停止中のバッファタンク8の第1容積V1は50cc、発電中のバッファタンク8の第2容積V2は300ccで設定する。   The volume of the buffer tank 8 is set by the amount of water in the buffer tank 8 from the water supply time of the water supply device 9 and the water discharge time of the water discharge valve 10 set in advance by experiment. In the present embodiment, the volume of the unreacted fuel gas circulation path 4 is set to 200 cc, the first volume V1 of the buffer tank 8 being stopped is set to 50 cc, and the second volume V2 of the buffer tank 8 being generated is set to 300 cc.

このとき、停止中の未反応燃料ガス循環経路4内の容積は250cc、発電中の未反応燃料ガス循環経路4内の容積は500ccとなる。バッファタンク8の容積は、バッファタンク8内の水の量で変化するため、バッファタンク8の容積は、バッファタンク8内の水位と比例関係となる。   At this time, the volume in the non-reacted fuel gas circulation passage 4 during stoppage is 250 cc, and the volume in the non-reacted fuel gas circulation passage 4 during power generation is 500 cc. Since the volume of the buffer tank 8 changes with the amount of water in the buffer tank 8, the volume of the buffer tank 8 is proportional to the water level in the buffer tank 8.

ここでは、第1容積V1のときの水位を第1水位H2、第2容積V2のときの水位を第2水位H1とする。また、未反応燃料ガスパージ弁6を開き、パージする間隔は、予め実験によって設定された未反応燃料ガス循環経路4内の容積に応じた、燃料電池1の発電開始からの時間と窒素濃度の傾きから設定する。   Here, it is assumed that the water level at the first volume V1 is the first water level H2, and the water level at the second volume V2 is the second water level H1. In addition, the interval between the start of power generation by the fuel cell 1 and the inclination of the nitrogen concentration according to the volume in the unreacted fuel gas circulation path 4 set in advance by experiment, with the unreacted fuel gas purge valve 6 opened and purged. Set from

ここでは、未反応燃料ガス循環経路4内の容積が250ccの場合、燃料電池1の発電開始からの時間15分に対し、窒素濃度が40%上昇する傾きとなる。また、未反応燃料ガス循環経路4内の容積が500ccの場合、燃料電池1の発電開始からの時間15分に対し、窒素濃度が20%上昇する傾きとなる。   Here, in the case where the volume in the unreacted fuel gas circulation path 4 is 250 cc, the nitrogen concentration increases by 40% with respect to the time 15 minutes from the start of power generation of the fuel cell 1. Further, when the volume in the unreacted fuel gas circulation path 4 is 500 cc, the nitrogen concentration is inclined to increase by 20% with respect to the time 15 minutes from the start of power generation of the fuel cell 1.

また、未反応燃料ガス循環経路4内の未反応燃料ガス中の窒素濃度を所定濃度以下に低減するために、未反応燃料ガス循環経路4内の未反応燃料ガスを、未反応燃料ガスパージ経路5からパージする。未反応燃料ガスパージ動作は、未反応燃料ガスパージ弁6を開放し、未反応燃料ガスパージ経路5から未反応燃料ガスをパージする。   Further, in order to reduce the nitrogen concentration in the unreacted fuel gas in the unreacted fuel gas circulation passage 4 to a predetermined concentration or less, the unreacted fuel gas in the unreacted fuel gas circulation passage 4 is removed from the unreacted fuel gas purge passage 5 Purge from In the unreacted fuel gas purge operation, the unreacted fuel gas purge valve 6 is opened, and the unreacted fuel gas purge path 5 purges the unreacted fuel gas.

本実施の形態では、未反応燃料ガスパージ経路5から未反応燃料ガスパージ動作を実施するか否かを、未反応燃料ガス循環経路4内の未反応燃料ガス中の窒素濃度により決定する。   In the present embodiment, whether or not the unreacted fuel gas purge operation is performed from the unreacted fuel gas purge path 5 is determined based on the nitrogen concentration in the unreacted fuel gas in the unreacted fuel gas circulation path 4.

未反応燃料ガス循環経路4内の未反応燃料ガス中の窒素濃度が第1所定濃度であれば、燃料電池1が純水素ガス中の窒素ガスにより電圧が低下し発電効率が低下するため、未反応燃料ガスパージ動作を実施する。   If the nitrogen concentration in the unreacted fuel gas in the unreacted fuel gas circulation path 4 is the first predetermined concentration, the voltage of the fuel cell 1 is reduced by the nitrogen gas in the pure hydrogen gas, and the power generation efficiency is lowered. Implement a reaction fuel gas purge operation.

未反応燃料ガスパージ動作を実施し、正常に未反応燃料ガス循環経路4の窒素濃度が、第1所定濃度よりも低い濃度に設定された第2所定濃度に低下すると、燃料電池1の電圧が回復することで燃料電池1の発電効率が上昇する。   When the unreacted fuel gas purge operation is performed and the nitrogen concentration in the unreacted fuel gas circulation path 4 is normally lowered to the second predetermined concentration set to a concentration lower than the first predetermined concentration, the voltage of the fuel cell 1 is restored As a result, the power generation efficiency of the fuel cell 1 is increased.

本実施の形態では、第1所定濃度を50%とし、第2所定濃度を5%とする。また、燃料電池1の発電開始からの時間を発電時間t1、窒素濃度をαとし、未反応燃料ガスパージ弁6を開放し未反応燃料ガスパージ経路5から未反応燃料ガスをパージする時間を開放時間t2とする。   In the present embodiment, the first predetermined concentration is 50%, and the second predetermined concentration is 5%. Further, the time from the start of power generation of the fuel cell 1 is power generation time t1, the nitrogen concentration is α, and the unreacted fuel gas purge valve 6 is opened to purge the unreacted fuel gas from the unreacted fuel gas purge path 5 open time t2. I assume.

以上のように構成された燃料電池システム100について、以下その動作、作用を、図1、図2および図3を参照しながら説明する。   Hereinafter, the operation and action of the fuel cell system 100 configured as described above will be described with reference to FIG. 1, FIG. 2 and FIG.

図3に示すように、制御器101は、燃料電池システム100が発電を開始した時点をスタートとし、以下の動作を行う。   As shown in FIG. 3, the controller 101 starts the time when the fuel cell system 100 starts power generation, and performs the following operation.

制御器101は、燃料電池1の発電時間t1を取得開始し、水排出弁10を所定時間開放し、バッファタンク8内の水を排出することで、バッファタンク8の容積を第2容積V2に変更させる(S101)。   The controller 101 starts acquiring the power generation time t1 of the fuel cell 1, opens the water discharge valve 10 for a predetermined time, and discharges the water in the buffer tank 8 to make the volume of the buffer tank 8 the second volume V2. The change is made (S101).

次に、発電時間t1から窒素濃度αを、予め実験で取得した燃料電池1の発電時間t1と窒素濃度αの傾きの関係から算出する(S102)。そして、窒素濃度αが第1所定濃度の50%より高いか判定する(S103)。窒素濃度αが第1所定濃度の50%より低ければS102に戻り、窒素濃度αが第1所定濃度の50%より高ければ、未反応燃料ガスパージ弁6を開放すると共に開放時間t2を取得開始する(S104)。   Next, the nitrogen concentration α from the power generation time t1 is calculated from the relationship between the power generation time t1 of the fuel cell 1 and the inclination of the nitrogen concentration α, which is acquired in advance by experiment (S102). Then, it is determined whether the nitrogen concentration α is higher than 50% of the first predetermined concentration (S103). If the nitrogen concentration α is lower than 50% of the first predetermined concentration, the process returns to S102, and if the nitrogen concentration α is higher than 50% of the first predetermined concentration, the unreacted fuel gas purge valve 6 is opened and acquisition of the open time t2 is started (S104).

次に、開放時間t2から窒素濃度αを、予め実験で取得した燃料電池1の未反応燃料ガスパージ弁6の開放時間t2と窒素濃度αの傾きの関係から算出する(S105)。そして、窒素濃度αが第2所定濃度の5%より低いか判定する(S106)。   Next, the nitrogen concentration α from the opening time t2 is calculated from the relationship between the opening time t2 of the unreacted fuel gas purge valve 6 of the fuel cell 1 and the inclination of the nitrogen concentration α, which is acquired in advance by experiment (S105). Then, it is determined whether the nitrogen concentration α is lower than 5% of the second predetermined concentration (S106).

窒素濃度αが第2所定濃度の5%より高ければ、S105に戻り、窒素濃度αが第2所定濃度の5%より低ければ、未反応燃料ガスパージ弁6を閉止(S107)し、発電時間t1、開放時間t2の取得を終了する。   If the nitrogen concentration α is higher than 5% of the second predetermined concentration, the process returns to S105, and if the nitrogen concentration α is lower than 5% of the second predetermined concentration, the unreacted fuel gas purge valve 6 is closed (S107). , End obtaining the open time t2.

燃料電池1の発電停止の指示がない場合(S108)は、発電時間t1、開放時間t2をリセットし、発電時間t1の再取得を開始(S109)してからS102に戻る。燃料電池1の発電停止の指示がある場合(S108)は、燃料電池1を停止すると共に、水供給器9から水を予め設定した所定時間供給し、バッファタンク8の容積を第1容積V1に変更させ(S110)、燃料電池システム100の発電が停止され、終了となる。   If there is no instruction to stop the power generation of the fuel cell 1 (S108), the power generation time t1 and the open time t2 are reset, reacquisition of the power generation time t1 is started (S109), and then the process returns to S102. When there is an instruction to stop the power generation of the fuel cell 1 (S108), the fuel cell 1 is stopped and water is supplied from the water supply device 9 for a predetermined time, and the volume of the buffer tank 8 is set to the first volume V1. The change is made (S110), the power generation of the fuel cell system 100 is stopped, and the process ends.

各ステップは、各ステップを実施完了後、待機時間を設けずにすみやかに移行するようにする。   In each step, after the completion of each step, transition is made promptly without providing a waiting time.

このように、発電時は、バッファタンク8の容積を300ccとして未反応燃料ガス循環経路4の容積を大きくし、停止時は、バッファタンク8の容積を50ccとして未反応燃料ガス循環経路4の容積を小さくする動作を行うと、従来一定に固定されていた未反応燃料ガス循環経路4内の容積を、発電時と停止時で変更する運転ができる。   Thus, at the time of power generation, the volume of the buffer tank 8 is set to 300 cc and the volume of the unreacted fuel gas circulation path 4 is increased. At the time of stop, the volume of the buffer tank 8 is set to 50 cc and the volume of the unreacted fuel gas circulation path 4 is set. When the operation of reducing the value of .beta. Is made smaller, the volume in the unreacted fuel gas circulation path 4, which has conventionally been fixed, can be changed at the time of power generation and at the time of stop.

以上のように、本実施の形態においては、未反応燃料ガス循環経路4の容積を、発電時は、バッファタンク8の容積を第2容積V2になるように変更することで、未反応燃料ガス循環経路4内に濃縮した窒素を純水素ガスで希釈し、窒素濃度αを第1所定濃度の50%より低くして、発電中の未反応燃料ガス中の不純物ガスの濃縮する速度を抑制することが可能となる。   As described above, in the present embodiment, by changing the volume of the unreacted fuel gas circulation path 4 so that the volume of the buffer tank 8 becomes the second volume V2 at the time of power generation, the unreacted fuel gas can be obtained. Dilutes the nitrogen concentrated in circulation path 4 with pure hydrogen gas, and lowers the nitrogen concentration α to 50% of the first predetermined concentration to suppress the concentration rate of the impurity gas in the unreacted fuel gas during power generation It becomes possible.

これにより、未反応燃料ガスパージ弁6の作動回数を抑制し、未反応燃料ガスパージ弁6の耐久性を確保することで、燃料電池システム100の信頼性が向上する。   Thus, the number of times of operation of the unreacted fuel gas purge valve 6 is suppressed, and the durability of the unreacted fuel gas purge valve 6 is ensured, whereby the reliability of the fuel cell system 100 is improved.

さらに、停止中は、バッファタンク8の容積を第1容積V1になるように変更して、起動して発電する時には第2容積にV2に変更することで、未反応燃料ガス循環経路4内に
濃縮する不純物ガスの濃度を低くでき、燃料電池1の起動時の未反応燃料ガスのパージが必要なくなり、燃料電池システム100の高効率化を実現することが可能となる。
Furthermore, during stoppage, the volume of the buffer tank 8 is changed to be the first volume V1 and when starting to generate power, the second volume is changed to V2 to obtain the unreacted fuel gas circulation path 4 The concentration of the impurity gas to be concentrated can be reduced, the purge of the unreacted fuel gas at the start of the fuel cell 1 is not necessary, and the fuel cell system 100 can be made more efficient.

なお、本実施の形態では、バッファタンク8を固形のタンクとしたが、これに限らずタンク自体が変形可能で、タンク自体の変形により、バッファタンク8の容積を変更可能な構成であっても構わない。   In the present embodiment, although the buffer tank 8 is a solid tank, the present invention is not limited to this, but the tank itself can be deformed, and the volume of the buffer tank 8 can be changed by the deformation of the tank itself. I do not care.

また、本実施の形態では、不純物ガスを、燃料電池1の電解質膜を通して空気側から純水素ガス側に透過する空気に含まれる窒素ガスとしたが、これに限らず純水素ガス中に含有していた二酸化炭素や一酸化炭素、アンモニアなどであっても構わない。   Further, in the present embodiment, the impurity gas is nitrogen gas contained in air permeating from the air side to the pure hydrogen gas side through the electrolyte membrane of the fuel cell 1. However, the present invention is not limited to this and is contained in pure hydrogen gas. It may be carbon dioxide, carbon monoxide, ammonia or the like.

さらに、未反応燃料ガス循環経路4に燃料ガスを循環させるために、未反応燃料ガス循環経路4にポンプを設置せず、燃料ガス供給経路2と未反応燃料ガス循環経路4が合流する部位にエゼクタやインジェクタを設置しても構わない。   Furthermore, in order to circulate the fuel gas in the unreacted fuel gas circulation passage 4, a pump is not installed in the unreacted fuel gas circulation passage 4 and the fuel gas supply passage 2 and the unreacted fuel gas circulation passage 4 join together. You may install an ejector or an injector.

また、未反応燃料ガスパージ動作を継続する時間は未反応燃料ガス循環経路4から不純物ガスをパージし、所定濃度より低くすることができれば、いかなる時間であっても構わない。   In addition, the time for continuing the unreacted fuel gas purge operation may be any time as long as the impurity gas can be purged from the unreacted fuel gas circulation path 4 and can be made lower than the predetermined concentration.

また、本実施の形態では、バッファタンク8の容積を、第1容積V1は50cc、第2容積V2は300ccで設定したが、これに限定されず、第1容積V1は容積が小さいほどよく、第2容積V2は、未反応燃料ガス循環経路4内の容積に対して、起動時に不純物ガスの濃度が必要十分に希釈される容積であればよい。   Further, in the present embodiment, the volume of the buffer tank 8 is set to 50 cc for the first volume V1 and 300 cc for the second volume V2. However, the present invention is not limited thereto. The second volume V2 may be a volume at which the concentration of the impurity gas is sufficiently diluted at startup with respect to the volume in the unreacted fuel gas circulation path 4.

また、本実施の形態では、バッファタンク8の容積を変更させる構成として、水供給器9と水排出弁10を例示したが。これに限らず、燃料電池システム100内に水タンクを設け、水タンクから水の給排水を行ってもよい。   Further, in the present embodiment, the water supplier 9 and the water discharge valve 10 have been illustrated as a configuration for changing the volume of the buffer tank 8. Not limited to this, a water tank may be provided in the fuel cell system 100 to supply and drain water from the water tank.

さらに、本実施の形態では、燃料電池1の発電停止の指示有無の判断と停止動作を、未反応燃料ガスパージ弁6を閉止(S107)した後に行ったが、これに限らず、いかなる場所であっても構わない。   Furthermore, in the present embodiment, the determination as to whether or not the power generation stop of the fuel cell 1 is instructed and the stop operation are performed after closing the unreacted fuel gas purge valve 6 (S107), but the present invention is not limited thereto. It does not matter.

(実施の形態2)
本発明の実施の形態2における燃料電池システムの構成について、図4、図5および図6を用いて説明する。
Second Embodiment
The configuration of the fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention will be described using FIGS. 4, 5 and 6. FIG.

図4は、本発明の実施の形態2における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。図5は、本発明の実施の形態2における燃料電池システムの停止中と発電中のそれぞれの図4におけるB部のバッファタンク内の容積とバッファタンク内の水位を示す概略図である。図6は、本発明の実施の形態2における燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートである。   FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 5 is a schematic view showing the volume in the buffer tank and the water level in the buffer tank of the portion B in FIG. 4 during stop of the fuel cell system and during power generation in Embodiment 2 of the present invention. FIG. 6 is a flow chart showing a method of operating a fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention.

なお、実施の形態2の燃料電池システム200において、図1に示す実施の形態1の燃料電池システム100と同様の構成要素については同一符号を付与し、その説明は、ここでは省略する。   In the fuel cell system 200 of the second embodiment, the same components as those of the fuel cell system 100 of the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted here.

図4に示す燃料電池システム200においては、バッファタンク8内に水位検知器11を備え、制御器201が、水位検知器11により検知された水位を基に燃料電池システム200を制御する点で、実施の形態1の燃料電池システム100と異なっている。   In the fuel cell system 200 shown in FIG. 4, the water level detector 11 is provided in the buffer tank 8, and the controller 201 controls the fuel cell system 200 based on the water level detected by the water level detector 11. This is different from the fuel cell system 100 of the first embodiment.

水位検知器11は、バッファタンク8内の水位に応じて上下動するフロートを利用してバッファタンク8内の水位を検知する検知器である。   The water level detector 11 is a detector that detects the water level in the buffer tank 8 using a float that moves up and down according to the water level in the buffer tank 8.

本実施の形態における燃料電池システム200を構成する各機器の動作は、実施の形態1と同様であるため説明を省略するが、制御器201が、水位検知器11により検知された水位をもとに、運転動作中のバッファタンク8内の水位を予め設定したバッファタンク8の容積となるように、水供給器9による水の供給量と水排出弁10による水の排出量を変更させる点が異なっている。   The operation of each device constituting the fuel cell system 200 in the present embodiment is the same as that of the first embodiment, and therefore the description thereof is omitted. However, the controller 201 uses the water level detected by the water level detector 11. In addition, the water supply amount by the water supply device 9 and the water discharge amount by the water discharge valve 10 are changed so that the water level in the buffer tank 8 during operation becomes the volume of the buffer tank 8 set in advance. It is different.

以上のように構成された燃料電池システム200について、以下その動作、作用を、図4、図5および図6を参照しながら説明する。   Hereinafter, the operation and action of the fuel cell system 200 configured as described above will be described with reference to FIG. 4, FIG. 5 and FIG.

図6に示すように、制御器201は、燃料電池システム200が発電を開始した時点をスタートとし、以下の動作を行う。   As shown in FIG. 6, the controller 201 starts the time when the fuel cell system 200 starts power generation, and performs the following operation.

制御器201は、燃料電池1の発電時間t1を取得開始し、水位検知器11で検知したバッファタンク8の容積が、第2容積V2に相当する第2水位H1に変更されるまで、水排出弁10を開放する(S201)。   The controller 201 starts acquiring the power generation time t1 of the fuel cell 1, and discharges water until the volume of the buffer tank 8 detected by the water level detector 11 is changed to the second water level H1 corresponding to the second volume V2. The valve 10 is opened (S201).

次に、発電時間t1から窒素濃度αを、予め実験で取得した燃料電池1の発電時間t1と窒素濃度αの傾きの関係から算出する(S202)。そして、窒素濃度αが第1所定濃度の50%より高いか判定する(S203)。窒素濃度αが第1所定濃度の50%より低ければS202に戻り、窒素濃度αが第1所定濃度の50%より高ければ、未反応燃料ガスパージ弁6を開放すると共に開放時間t2を取得開始する(S204)。   Next, the nitrogen concentration α from the power generation time t1 is calculated from the relationship between the power generation time t1 of the fuel cell 1 and the inclination of the nitrogen concentration α, which is acquired in advance by experiment (S202). Then, it is determined whether the nitrogen concentration α is higher than 50% of the first predetermined concentration (S203). If the nitrogen concentration α is lower than 50% of the first predetermined concentration, the process returns to S202, and if the nitrogen concentration α is higher than 50% of the first predetermined concentration, the unreacted fuel gas purge valve 6 is opened and acquisition of the open time t2 is started (S204).

次に、開放時間t2から窒素濃度αを、予め実験で取得した燃料電池1の未反応燃料ガスパージ弁6の開放時間t2と窒素濃度αの傾きの関係から算出する(S205)。そして、窒素濃度αが第2所定濃度の5%より低いか判定する(S206)。   Next, the nitrogen concentration α from the opening time t2 is calculated from the relationship between the opening time t2 of the unreacted fuel gas purge valve 6 of the fuel cell 1 and the inclination of the nitrogen concentration α, which is acquired in advance by experiment (S205). Then, it is determined whether the nitrogen concentration α is lower than 5% of the second predetermined concentration (S206).

窒素濃度αが第2所定濃度の5%より高ければ、S205に戻り、窒素濃度αが第2所定濃度の5%より低ければ、未反応燃料ガスパージ弁6を閉止(S207)し、発電時間t1、開放時間t2の取得を終了する。   If the nitrogen concentration α is higher than 5% of the second predetermined concentration, the process returns to S205, and if the nitrogen concentration α is lower than 5% of the second predetermined concentration, the unreacted fuel gas purge valve 6 is closed (S207). , End obtaining the open time t2.

燃料電池1の発電停止の指示がない場合(S208)は、発電時間t1、開放時間t2をリセットし、発電時間t1の再取得を開始(S209)してからS202に戻る。燃料電池1の発電停止の指示がある場合(S208)は、燃料電池1を停止すると共に、水位検知器11で検知したバッファタンク8の容積が、第1容積V1に相当する第1水位H2に変更されるまで、水供給器9から水を供給(S210)し、燃料電池システム100の発電が停止され、終了となる。   If there is no instruction to stop the power generation of the fuel cell 1 (S208), the power generation time t1 and the open time t2 are reset, reacquisition of the power generation time t1 is started (S209), and then the process returns to S202. When there is an instruction to stop the power generation of the fuel cell 1 (S208), the fuel cell 1 is stopped, and the volume of the buffer tank 8 detected by the water level detector 11 is the first water level H2 corresponding to the first volume V1. Water is supplied from the water supplier 9 until the change is made (S210), the power generation of the fuel cell system 100 is stopped, and the process ends.

各ステップは、各ステップを実施完了後、待機時間を設けずにすみやかに移行するようにする。   In each step, after the completion of each step, transition is made promptly without providing a waiting time.

このように、発電時はバッファタンク8の容積を300ccとして未反応燃料ガス循環経路4の容積を大きくし、停止時はバッファタンク8の容積を50ccとして未反応燃料ガス循環経路4の容積を小さくする動作を行うと、従来一定に固定されていた未反応燃料ガス循環経路4の容積を、発電時と停止時で変更する運転ができる。   Thus, at the time of power generation, the volume of the buffer tank 8 is set to 300 cc and the volume of the unreacted fuel gas circulation passage 4 is increased. At the time of stop, the volume of the buffer tank 8 is set to 50 cc and the volume of the unreacted fuel gas circulation passage 4 is decreased. When the operation is performed, the volume of the unreacted fuel gas circulation path 4 which has conventionally been fixed can be changed between power generation and stop.

以上のように、本実施の形態においては、未反応燃料ガス循環経路4の容積を、発電時は、水位検知器11で検知したバッファタンク8の容積を第2容積に相当する第2水位H
2に変更し、未反応燃料ガス循環経路4内に濃縮した窒素を純水素ガスで希釈し、窒素濃度αが第1所定濃度の50%より低くすることが可能となるため、発電中の未反応燃料ガス中の不純物ガスの濃縮する速度を抑制することが可能となる。
As described above, in the present embodiment, at the time of power generation, the second water level H corresponding to the second volume is the volume of the buffer tank 8 detected by the water level detector 11.
2, and the nitrogen concentrated in the unreacted fuel gas circulation path 4 is diluted with pure hydrogen gas, and the nitrogen concentration .alpha. Can be made lower than 50% of the first predetermined concentration, so that it is not being generated. It is possible to suppress the concentration rate of the impurity gas in the reaction fuel gas.

これにより、未反応燃料ガスパージ弁6の作動回数を抑制することで、未反応燃料ガスパージ弁6の耐久性の確保が可能となり、燃料電池システム100の信頼性が向上する。   As a result, by suppressing the number of times of operation of the unreacted fuel gas purge valve 6, the durability of the unreacted fuel gas purge valve 6 can be secured, and the reliability of the fuel cell system 100 is improved.

さらに、停止中は、水位検知器11で検知したバッファタンク8の容積を第1容積V1に相当する第1水位H2に変更して、起動して発電する時に第2容積V2に相当する第2水位H1に変更することで、未反応燃料ガス循環経路4内に濃縮する不純物ガスの濃度を低くでき、燃料電池1の起動時の未反応燃料ガスのパージが必要なくなり、燃料電池システム200の高効率化を実現することが可能となる。   Furthermore, while stopped, the volume of the buffer tank 8 detected by the water level detector 11 is changed to the first water level H2 corresponding to the first volume V1, and the second water volume corresponding to the second volume V2 is generated when power is generated. By changing to the water level H1, the concentration of the impurity gas concentrated in the unreacted fuel gas circulation path 4 can be lowered, and the purge of the unreacted fuel gas at the start of the fuel cell 1 becomes unnecessary. It becomes possible to realize efficiency.

(実施の形態3)
図7は、本発明の実施の形態3における燃料電池システムの停止時間と停止中のバッファタンクの第1容積の関係を示す特性図である。
Third Embodiment
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the stop time of the fuel cell system according to Embodiment 3 of the present invention and the first volume of the buffer tank during stop.

本発明の実施の形態3の燃料電池システムは、実施の形態1の燃料電池システム100における停止中のバッファタンク8の第1容積V1を、燃料電池システム100の停止時間に応じて変更するものであり、実施の形態3の燃料電池システムのブロック図は、図1に示した実施の形態1の燃料電池システム100と同様である。   The fuel cell system according to the third embodiment of the present invention changes the first volume V1 of the buffer tank 8 being stopped in the fuel cell system 100 according to the first embodiment according to the stop time of the fuel cell system 100. The block diagram of the fuel cell system according to the third embodiment is similar to that of the fuel cell system 100 according to the first embodiment shown in FIG.

また、停止中のバッファタンク8の第1容積V1を、燃料電池システム100の停止時間に応じて変更する点を除いた実施の形態3の燃料電池システムの運転方法は、図3に示した実施の形態1の燃料電池システム100と同様である。   Further, the method of operating the fuel cell system according to the third embodiment except that the first volume V1 of the buffer tank 8 being stopped is changed according to the stop time of the fuel cell system 100 is the embodiment shown in FIG. The fuel cell system 100 is similar to the fuel cell system 100 of the first aspect.

実施の形態3の燃料電池システム100において、図1に示す実施の形態1の燃料電池システム100と同様の構成要素については同一符号を付与し、その説明は、ここでは省略する。   In the fuel cell system 100 of the third embodiment, the same components as those of the fuel cell system 100 of the first embodiment shown in FIG. 1 are given the same reference numerals, and the description thereof is omitted here.

本発明の実施の形態3の燃料電池システム100において、実施の形態1の燃料電池システム100と異なる点について、図7を参照しながら説明する。   The difference between fuel cell system 100 of the third embodiment of the present invention and fuel cell system 100 of the first embodiment will be described with reference to FIG.

図7に示すように、本実施の形態では、燃料電池システム100の停止中のバッファタンク8の第1容積V1を、燃料電池システム100の停止時間に応じて変更する。すなわち、燃料電池システム100の停止時間が長くなるのに伴って、第1容積V1を小さく変更し、その結果、第2容積との差が大きくなるように変更する。さらに、一定時間経過後は、最小容積で一定とする。   As shown in FIG. 7, in the present embodiment, the first volume V1 of the buffer tank 8 during stop of the fuel cell system 100 is changed according to the stop time of the fuel cell system 100. That is, as the stop time of the fuel cell system 100 becomes longer, the first volume V1 is changed to be smaller, and as a result, the difference with the second volume is changed to be larger. Furthermore, after a certain time has elapsed, the minimum volume is fixed.

この構成とすることで、燃料電池システム100の停止中のバッファタンク8の第1容積V1を、停止時間に応じて変更し、バッファタンク8の第2容積V2との容積差を不要に大きくする必要がなくなる。   With this configuration, the first volume V1 of the buffer tank 8 during stoppage of the fuel cell system 100 is changed according to the stop time, and the difference in volume between the buffer tank 8 and the second volume V2 is unnecessarily increased. There is no need.

これにより、停止中にバッファタンク8の第2容積V2から第1容積V1へと変更するための時間と、容積を変更するために必要な機器の消費電力を抑制でき、燃料電池システム100の更なる高効率化が可能となる。   As a result, it is possible to suppress the time for changing from the second volume V2 to the first volume V1 of the buffer tank 8 during stoppage and the power consumption of the devices required to change the volume, and the fuel cell system 100 Efficiency can be achieved.

本発明の燃料電池システムは、未反応燃料ガス循環経路の容積を運転状態に応じて変更することで、未反応燃料ガス循環経路を備えた燃料電池システムの信頼性が向上すると共
に、燃料電池システムの高効率化を実現させることが可能となる。そのため、長期間にわたって安定した発電を行いたい用途、例えば、家庭用または業務用の燃料電池システムの分野で有用である。
The fuel cell system according to the present invention improves the reliability of the fuel cell system having the unreacted fuel gas circulation path by changing the volume of the unreacted fuel gas circulation path according to the operating condition, and the fuel cell system It is possible to realize high efficiency of Therefore, it is useful in an application where stable power generation is desired over a long period of time, for example, in the field of fuel cell systems for home use or business use.

1 燃料電池
2 燃料ガス供給経路
3 酸化剤ガス供給経路
4 未反応燃料ガス循環経路
5 未反応燃料ガスパージ経路
6 未反応燃料ガスパージ弁
7 搬送手段
8 バッファタンク
9 水供給器
10 水排出弁
11 水位検知器
100,200 燃料電池システム
101,201 制御器
Reference Signs List 1 fuel cell 2 fuel gas supply path 3 oxidant gas supply path 4 unreacted fuel gas circulation path 5 unreacted fuel gas purge path 6 unreacted fuel gas purge valve 7 transportation means 8 buffer tank 9 water supplier 10 water discharge valve 11 water level detection 100, 200 Fuel cell system 101, 201 Controller

Claims (5)

アノードに供給される燃料ガスとカソードに供給される酸化剤ガスとを反応させることで発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の前記アノードに前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給経路と、
前記燃料電池の前記アノードから排出される未反応燃料ガスを前記燃料ガスとして前記燃料ガス供給経路に供給するための未反応燃料ガス循環経路と、
前記未反応燃料ガス循環経路に設けられ前記未反応燃料ガスを前記燃料ガス供給経路に供給する搬送手段と、
前記未反応燃料ガス循環経路から分岐する未反応燃料ガスパージ経路と、
前記未反応燃料ガスパージ経路を開閉する未反応燃料ガスパージ弁と、
前記未反応燃料ガス循環経路に設けられ、容積を変更可能なバッファタンクと、
前記バッファタンクの容積を変える容積変更手段と、
制御器と、
を備え、
前記制御器は、停止中には、前記バッファタンクの容積が前記第1容積になるように前記容積変更手段を制御し、発電時には、前記バッファタンクの容積が前記第1容積よりも大きい第2容積になるように前記容積変更手段を制御すると共に、前記未反応燃料ガス循環経路を流れる前記未反応燃料ガスの不純物ガス濃度が、予め設定された前記不純物ガス濃度の上限値に達する前に、前記未反応燃料ガスパージ弁を開きパージ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 electric power by reacting a fuel gas supplied to an anode with an oxidant gas supplied to a cathode;
A fuel gas supply path for supplying the fuel gas to the anode of the fuel cell;
An unreacted fuel gas circulation path for supplying, as the fuel gas, the unreacted fuel gas discharged from the anode of the fuel cell to the fuel gas supply path;
Transport means provided in the unreacted fuel gas circulation path and supplying the unreacted fuel gas to the fuel gas supply path;
An unreacted fuel gas purge path branched from the unreacted fuel gas circulation path;
An unreacted fuel gas purge valve for opening and closing the unreacted fuel gas purge path;
A buffer tank provided in the unreacted fuel gas circulation path and having a variable volume;
Volume changing means for changing the volume of the buffer tank;
A controller,
Equipped with
The controller controls the volume changing means so that the volume of the buffer tank becomes the first volume during stop, and the second volume of the buffer tank is larger than the first volume at the time of power generation. The volume changing means is controlled to become a volume, and before the impurity gas concentration of the unreacted fuel gas flowing through the unreacted fuel gas circulation path reaches a preset upper limit value of the impurity gas concentration, The unreacted fuel gas purge valve is controlled to open and purge.
Fuel cell system.
前記容積変更手段として、前記バッファタンク内に水を供給する水供給器と、前記バッファタンク内の水を排出する水排出弁と、を備え、
前記バッファタンクにおける前記未反応燃料ガス循環経路への前記未反応燃料ガスの流出口を、前記バッファタンク内の最高水位よりも高い位置に配置し、
前記制御器は、停止中に前記バッファタンクの容積が前記第1容積になるように、発電時は前記バッファタンクの容積が前記第1容積よりも大きい第2容積になるように、前記バッファタンク内の水の量を制御する、請求項1に記載の燃料電池システム。
The volume changing means includes a water supplier for supplying water into the buffer tank, and a water discharge valve for discharging water in the buffer tank.
The outlet of the unreacted fuel gas to the unreacted fuel gas circulation path in the buffer tank is disposed at a position higher than the highest water level in the buffer tank,
The controller controls the buffer tank so that the volume of the buffer tank becomes the first volume during stoppage, and the volume of the buffer tank becomes the second volume larger than the first volume during power generation. The fuel cell system according to claim 1, wherein the amount of water in the fuel cell is controlled.
前記バッファタンクの容積が前記第1容積になるときの前記バッファタンク内の水位と、前記バッファタンクの容積が前記第2容積になるときの前記バッファタンク内の水位と、を検知する水位検知器を備え、
前記制御器は、前記水位検知器の検知水位に基づいて、前記水供給器と前記水排出弁とを制御する、請求項2に記載の燃料電池システム。
A water level detector for detecting the water level in the buffer tank when the volume of the buffer tank becomes the first volume, and the water level in the buffer tank when the volume of the buffer tank becomes the second volume Equipped with
The fuel cell system according to claim 2, wherein the controller controls the water supplier and the water discharge valve based on a detected water level of the water level detector.
前記制御器は、前記バッファタンクの前記第1容積を、停止時間に応じて変更するように制御する、請求項1から3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the controller controls the first volume of the buffer tank to be changed according to a stop time. アノードに供給される燃料ガスとカソードに供給される酸化剤ガスとを反応させることで発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の前記アノードに前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給経路と、
前記燃料電池の前記アノードから排出される未反応燃料ガスを前記燃料ガスとして前記燃料ガス供給経路に供給するための未反応燃料ガス循環経路と、
前記未反応燃料ガス循環経路に設けられ前記未反応燃料ガスを前記燃料ガス供給経路に供給する搬送手段と、
前記未反応燃料ガス循環経路から分岐する未反応燃料ガスパージ経路と、
前記未反応燃料ガスパージ経路を開閉する未反応燃料ガスパージ弁と、
前記未反応燃料ガス循環経路に設けられ、容積を変更可能なバッファタンクと、
前記バッファタンクの容積を変える容積変更手段と、
を備えた燃料電池システムの運転方法であって、
停止中に、前記容積変更手段によって前記バッファタンクの容積を前記第1容積にし、発電時は、前記容積変更手段によって前記バッファタンクの容積を前記第1容積よりも大きい第2容積にすると共に、前記未反応燃料ガス循環経路を流れる前記未反応燃料ガスの不純物ガス濃度が、予め設定された前記不純物ガス濃度の上限値に達する前に、前記未反応燃料ガスパージ弁を開きパージ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 electric power by reacting a fuel gas supplied to an anode with an oxidant gas supplied to a cathode;
A fuel gas supply path for supplying the fuel gas to the anode of the fuel cell;
An unreacted fuel gas circulation path for supplying, as the fuel gas, the unreacted fuel gas discharged from the anode of the fuel cell to the fuel gas supply path;
Transport means provided in the unreacted fuel gas circulation path and supplying the unreacted fuel gas to the fuel gas supply path;
An unreacted fuel gas purge path branched from the unreacted fuel gas circulation path;
An unreacted fuel gas purge valve for opening and closing the unreacted fuel gas purge path;
A buffer tank provided in the unreacted fuel gas circulation path and having a variable volume;
Volume changing means for changing the volume of the buffer tank;
A method of operating a fuel cell system comprising
During stoppage, the volume changing means sets the volume of the buffer tank to the first volume, and at the time of power generation, the volume changing means sets the volume of the buffer tank to a second volume larger than the first volume, The unreacted fuel gas purge valve is opened and purged before the impurity gas concentration of the unreacted fuel gas flowing through the unreacted fuel gas circulation path reaches the preset upper limit value of the impurity gas concentration. Do,
How to operate a fuel cell system.
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