JP2019110031A - Fuel cell system and operation method therefor - Google Patents
Fuel cell system and operation method therefor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019110031A JP2019110031A JP2017242275A JP2017242275A JP2019110031A JP 2019110031 A JP2019110031 A JP 2019110031A JP 2017242275 A JP2017242275 A JP 2017242275A JP 2017242275 A JP2017242275 A JP 2017242275A JP 2019110031 A JP2019110031 A JP 2019110031A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- anode
- electrode
- fuel cell
- path
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
本発明は、燃料電池から排出されるアノードオフガスを燃料ガスとして利用するための燃料ガス循環経路から高濃度の不純物を含むアノードオフガスを排出する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 discharges an anode off gas containing a high concentration of impurities from a fuel gas circulation path for using the anode off gas discharged from the fuel cell as a fuel gas, and a method of operating the same.
高分子電解質膜を用いた燃料電池のアノードに燃料ガスとして水素を、カソードに酸化剤ガスとして空気を供給して発電する燃料電池システムにおいて、燃料電池から排出されるアノードオフガスを循環して使用する場合、高分子電解質膜を介してカソード側からアノード側へ窒素が透過して蓄積し燃料電池システムの出力が低下するため、アノード側に蓄積した窒素を排出する必要がある。 In a fuel cell system that generates electricity by supplying hydrogen as a fuel gas to the anode of a fuel cell using a polymer electrolyte membrane and air as an oxidant gas to the cathode, the anode off gas discharged from the fuel cell is circulated and used In this case, nitrogen permeates and accumulates from the cathode side to the anode side through the polymer electrolyte membrane and the output of the fuel cell system is reduced, so it is necessary to discharge the nitrogen accumulated on the anode side.
アノードオフガスを排出する際に、アノードオフガス中の水素濃度が高い状態で排出すると、過剰に水素を排出することになり燃料電池システムの発電効率が低下してしまう。また、水素濃度が過剰に低い状態になってから排出すると、燃料電池システムの出力が低下したり、アノード側の触媒層が劣化したりする。 If the anode off gas is discharged in a state where the hydrogen concentration in the anode off gas is high when the anode off gas is discharged, the hydrogen is excessively discharged and the power generation efficiency of the fuel cell system is reduced. In addition, if the hydrogen concentration is excessively low and then discharged, the output of the fuel cell system may be reduced or the catalyst layer on the anode side may be degraded.
そこで、排出される水素を最小限に抑えつつ、発電効率を向上させる燃料電池の運転方法の従来例としては、例えば、特許文献1に開示されたものがある。図6は、特許文献1に開示された従来の燃料電池システムのブロック図を示すものである。
Therefore, as a conventional example of a fuel cell operating method for improving power generation efficiency while minimizing emitted hydrogen, for example, there is the one disclosed in
図6に示すように、従来の燃料電池システム101は、燃料電池102と、燃料電池102のアノードに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給器103および燃料ガス供給経路104と、燃料電池102で消費されなかったアノードオフガスを燃料供給経路へ循環させる燃料ガス循環経路105と、燃料ガス循環経路105においてアノードオフガスを循環させる循環ポンプ106と、燃料電池102における反応で使用されない不純物を燃料ガス循環経路105から排出するアノードオフガス排出経路107と、制御器113を備えている。
As shown in FIG. 6, the conventional
また、このアノードオフガス排出経路107に第1排出弁108と、第1排出弁108の下流に第2排出弁109を設け、第1排出弁108と第2排出弁109との間の圧力をパージライン圧力センサ112によって検出し、圧力の時間変化によりアノードオフガス排出経路107内の気体密度を推定し、推定結果に基づいて第1排出弁108及び第2排出109の開閉を制御してアノードオフガスを排出することで排出される水素を最小限に抑えていた。
Further, a
特許文献1に開示された従来のものは、アノードオフガス排出経路に第1排出弁と第2排出弁を設け、第1排出弁と第2排出弁の間の計測される圧力の時間変化より気体密度を推定している。この気体密度は、水素濃度が高くなると低くなり、水素濃度が低くなると高くなる。
The prior art disclosed in
従来の構成において、第1排出弁と第2排出弁の間で水による閉塞が発生してアノードオフガスの水素濃度が推定される水素濃度よりも高くなる場合は、水素を過剰に排出することになり、発電効率が低下する。一方、アノードオフガスの水素濃度が推定される水素濃度より低くなる場合は、不純物を含むアノードオフガスが十分に排出されず、アノードオフガス経路中の水素濃度が低い状態のままとなるため、燃料電池の出力が低下したり、アノード側の触媒層が不純物により劣化したりする。 In the conventional configuration, when the blockade by water occurs between the first discharge valve and the second discharge valve and the hydrogen concentration of the anode off gas becomes higher than the estimated hydrogen concentration, the hydrogen is excessively discharged. Power generation efficiency is reduced. On the other hand, when the hydrogen concentration of the anode off gas is lower than the estimated hydrogen concentration, the anode off gas containing impurities is not sufficiently discharged, and the hydrogen concentration in the anode off gas path remains low. The output decreases, or the catalyst layer on the anode side is degraded by impurities.
以上のように、前記従来の構成では、第1排出弁と第2排出弁の間で水による閉塞が発生した場合、アノードオフガスの水素濃度と、推定される水素濃度が異なると、アノードオフガスが過剰に排出されたり、排出が不十分となったりして、アノードオフガスが正常に排出されているか判断できないという課題を有していた。 As described above, in the above-described conventional configuration, when the blockade by water occurs between the first discharge valve and the second discharge valve, the anode off gas is different from the hydrogen concentration of the anode off gas and the estimated hydrogen concentration. There is a problem that it can not be determined whether the anode off gas is properly discharged due to excessive discharge or insufficient discharge.
本発明は、従来の課題を解決するもので、アノードオフガスが正常に排出されているかどうかを正確に判定できる信頼性の高い燃料電池システムとその運転方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the conventional problems, and it is an object of the present invention to provide a highly reliable fuel cell system capable of accurately determining whether anode off gas is properly discharged and its operation method.
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、燃料電池と、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス供給器と、アノードから排出されるアノードオフガスを燃料ガスとして燃料ガス供給経路に戻すための燃料ガス循環経路と、燃料ガス循環経路から分岐し先端が大気開放するアノードオフガス排出経路と、アノードオフガス排出経路に設けられアノードオフガス排出経路を開閉する排出弁と、アノードオフガスと接触可能に配置された第1電極と、排出弁とアノードオフガス排出経路の先端との間のアノードオフガス排出経路内のガスと接触可能に配置された第2電極と、一端が第1電極に接続され他端が第2電極に接続された電圧計と、制御器とを備えており、制御器は、アノードオフガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度に達する前に排出弁を開き、排出弁を開いた時に、電圧計により計測した電圧が所定値以下にならなかった場合は、アノードオフガスの排出に異常があると判定する、又は燃料電池システムの状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止するものである。 In order to solve the conventional problems, the fuel cell system of the present invention comprises a fuel cell, a fuel gas supply unit for supplying a fuel gas to an anode, and an anode off gas exhausted from the anode as a fuel gas supply path. A fuel gas circulation path for returning, an anode off gas discharge path branched from the fuel gas circulation path and having the tip open to the atmosphere, a discharge valve provided in the anode off gas discharge path to open and close the anode off gas discharge path, and contact with the anode off gas A second electrode disposed in the anode off-gas discharge path between the discharge valve and the tip of the anode off-gas discharge path, and one end connected to the first electrode The controller includes a voltmeter whose end is connected to the second electrode, and the controller is configured to control the concentration of impurities contained in the anode off gas to a predetermined concentration. If the voltage measured by the voltmeter does not fall below a predetermined value when the exhaust valve is opened before the exhaust valve is reached, it is determined that the anode off gas has an abnormality or the fuel cell system Informing the state or abnormality or stopping the operation.
この構成とすることにより、アノードオフガス排出経路に閉塞がなくアノードオフガスの排出が正常に行われている場合は、第1電極に接触しているガスと、第2電極に接触しているガスとは組成が同じであるため、電極間に化学ポテンシャルの差は生じない。 With this configuration, when the anode off gas discharge path is not clogged and discharge of the anode off gas is normally performed, the gas in contact with the first electrode and the gas in contact with the second electrode are used. Since the composition is the same, there is no difference in chemical potential between the electrodes.
化学ポテンシャルの差は、ネルンストの式より起電力として表されるので、電極間の電圧を計測すると、電圧は所定値以下を示す。一方、排出経路で閉塞が発生した場合は、第1電極と接触しているガスと第2電極に接触しているガス組成が異なるので、化学ポテンシャルが異なる。 Since the difference in chemical potential is expressed as an electromotive force according to the Nernst equation, when the voltage between the electrodes is measured, the voltage shows a predetermined value or less. On the other hand, when clogging occurs in the discharge path, the chemical potential is different because the gas composition in contact with the first electrode and the gas composition in contact with the second electrode are different.
したがって電極間で計測された電圧は所定値以下とはならないので、アノードオフガスが正常に排出されているか正確に判定できる信頼性の高い燃料電池システムとすることができる。 Therefore, since the voltage measured between the electrodes does not fall below a predetermined value, it is possible to provide a highly reliable fuel cell system which can accurately determine whether the anode off gas is properly discharged.
本発明の燃料電池システムは、電圧計により検出した電圧の変化でガス組成を検知しアノードオフガスの排出が正常に行われているか否かを判定できる。これにより、適切にアノードオフガスを排出できるようになるので、燃料電池システムの信頼性を高くすることができる。 The fuel cell system according to the present invention can detect the gas composition on the basis of a change in voltage detected by a voltmeter, and can determine whether or not the discharge of the anode off gas is normally performed. As a result, the anode off gas can be properly discharged, so the fuel cell system can be made more reliable.
第1の発明は、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器と、アノードに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給経路と、アノードから排出されるアノードオフガスを燃料ガスとして燃料ガス供給経路に戻すための燃料ガス循環経路と、燃料ガス循環経路から分岐し先端が大気開放するアノードオフガス排出経路と、アノードオフガス排出経路に設けられアノードオフガス排出経路を開閉する排出弁と、アノードオフガスと接触可能に配置された第1電極と、排出弁とアノードオフガス排出経路の先端との間のアノードオフガス排出経路内のガスと接触可能に配置された第2電極と、一端が第1電極に接続され他端が第2電極に接続された電圧計と、制御器とを備えた燃料電池システムであって、制御器は、アノードオフガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度に達する前に排出弁を開き、排出弁を開いた時に、電圧計により計測した電圧が所定値以下にならなかった場合は、アノードオフガスの排出に異常があると判定する、又は燃料電池システムの状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止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, a fuel gas supply device for supplying a fuel gas to the anode of the fuel cell, a fuel gas supply path for supplying the fuel gas to the anode, and an anode off gas discharged from the anode. A fuel gas circulation path for returning to the fuel gas supply path as a gas, an anode off gas discharge path branched from the fuel gas circulation path and having a tip open to the atmosphere, and a discharge valve provided in the anode off gas discharge path to open and close the anode off gas discharge path A first electrode disposed in contact with the anode off gas, a second electrode disposed in contact with the gas in the anode off gas exhaust path between the exhaust valve and the tip of the anode off gas exhaust path, and one end thereof A fuel cell system comprising a voltmeter connected to a first electrode and the other end connected to a second electrode, and a controller, the controller comprising: When the discharge valve is opened and the discharge valve is opened before the concentration of impurities contained in the do-off gas reaches the predetermined concentration, if the voltage measured by the voltmeter does not fall below the predetermined value, the discharge of the anode off gas is abnormal. It is a fuel cell system that determines that there is a condition or reports the state or abnormality of the fuel cell system, or stops operation.
これにより正常にアノードオフガスの排出が行われている場合は、第1電極に接触しているガスと、第2電極が接触しているガスの組成が同じであるので電圧は所定値以下を示し、正常にアノードオフガスの排出が行われていない場合は、第1電極に接触しているガスと第2電極に接触しているガスの組成が異なるので電圧は所定値以上を示すことから、アノードオフガスの排出が正常に行われているかどうか判断することができる。 Thus, when the anode off gas is normally discharged, the composition of the gas in contact with the first electrode is the same as the composition of the gas in contact with the second electrode, so that the voltage is less than a predetermined value. Since the composition of the gas in contact with the first electrode is different from the composition of the gas in contact with the second electrode when discharge of the anode off gas is not normally performed, the voltage shows a predetermined value or more, It can be determined whether or not the offgas discharge is performed normally.
第2の発明は、特に第1の発明の、アノードオフガス排出経路において排出弁より燃料電池側の部分、もしくは排出弁と燃料電池側の部分を第1電極、排出弁より大気開放側の部分、もしくは排出弁と大気開放側の部分を第2電極とし、第1電極と第2電極とは絶縁するものである。 According to a second aspect of the present invention, in the anode off gas discharge path of the first aspect, a portion on the fuel cell side with respect to the exhaust valve, or a portion on the exhaust valve and the fuel cell side as the first electrode, and a portion on the air open side with respect to the exhaust valve Alternatively, the discharge valve and the part on the air release side are used as the second electrode, and the first electrode and the second electrode are insulated.
これにより、各電極を個別部品ではなく、配管と一体化させることで機器構成を簡略化し、信頼性を向上させることができる。 As a result, by integrating each electrode with the pipe instead of the individual parts, the device configuration can be simplified and the reliability can be improved.
第3の発明は、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器と、アノードに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給経路と、アノードから排出されるアノードオフガスを燃料ガスとして燃料ガス供給経路に戻すための燃料ガス循環経路と、燃料ガス循環経路から分岐し先端が大気開放するアノードオフガス排出経路と、アノードオフガス排出経路に設けられたアノードオフガス排出経路を開閉する排出弁と、アノードオフガスと接触可能に配置された第1電極と、排出弁とアノードオフガス排出経路の先端との間のアノードオフガス排出経路内のガスと接触可能に配置された第2電極と、一端が第1電極に接続され他端が第2電極に接続された電圧計とを備えた燃料電池システムの運転方法であって、アノードオフガスに含まれる不純物である窒素の濃度が所定濃度に達する前に排出弁を開き、排出弁を開いた時に、電圧計により計測した電圧が所定値以下にならなかった場合は、アノードオフガスの排出に異常があると判定する、又は燃料電池シス
テムの状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止する燃料電池システムの運転方法である。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a fuel cell, a fuel gas supplier for supplying a fuel gas to the anode of the fuel cell, a fuel gas supply path for supplying the fuel gas to the anode, and an anode off gas exhausted from the anode. A fuel gas circulation path for returning to the fuel gas supply path as a gas, an anode off gas discharge path branched from the fuel gas circulation path and whose tip is open to the atmosphere, and an anode off gas discharge path provided in the anode off gas discharge path A valve, a first electrode disposed in contact with the anode off gas, and a second electrode disposed in contact with the gas in the anode off gas discharge path between the exhaust valve and the tip of the anode off gas discharge path; Is a method of operating a fuel cell system comprising a voltmeter connected to the first electrode and the other end connected to the second electrode, the anode being off If the voltage measured by the voltmeter does not fall below a predetermined value when the discharge valve is opened and the discharge valve is opened before the concentration of nitrogen contained in the gas reaches the predetermined concentration, the anode off gas is discharged It is determined that the fuel cell system has an abnormality, or the state or abnormality of the fuel cell system is notified, or the operation method of the fuel cell system is to stop the operation.
これにより、正常にアノードオフガスの排出が行われている場合は、第1電極に接触しているガスと、第2電極が接触しているガスの組成が同じであるので電圧は所定値以下を示し、一方、正常にアノードオフガスの排出が行われていない場合は、第1電極に接触しているガスと第2電極に接触しているガスの組成が異なり電圧は所定値以上を示すことから、アノードオフガスの排出が正常に行われているかどうか判断することが可能な燃料電池システムの運転方法を提供できる。さらに、測定結果の信頼性が低下するという懸念がなく、燃料電池システムの信頼性を高くすることができる。 Thus, when the anode off gas is being discharged normally, the composition of the gas in contact with the first electrode and the composition of the gas in contact with the second electrode are the same, so the voltage is less than a predetermined value. On the other hand, when the anode off gas is not properly discharged, the composition of the gas in contact with the first electrode and the composition of the gas in contact with the second electrode are different, and the voltage shows a predetermined value or more. According to the present invention, it is possible to provide a method of operating a fuel cell system capable of determining whether the discharge of anode off gas is normally performed. Furthermore, there is no concern that the reliability of the measurement results will be reduced, and the reliability of the fuel cell system can be increased.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明するが、この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, but the present invention is not limited by the 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ブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram of a fuel cell system according to
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アノードオフガス排出経路の構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram of an anode off gas discharge path of the fuel cell system according to
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アノードオフガス排出制御処理を示すフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart showing an anode off gas discharge control process of the fuel cell system according to
図1及び図2に示すように、本実施の形態の燃料電池システム1は、燃料電池2と、燃料電池2のアノードに燃料ガスとして水素を供給する燃料ガス供給器3と、燃料電池2のカソードに酸化剤ガスとして水素を供給する酸化剤ガス供給器15と、燃料ガス供給器3からアノードに水素を供給するための燃料ガス供給経路4と、アノードから排出されるアノードオフガスを燃料ガス供給経路4に戻すための燃料ガス循環経路5と、燃料ガス循環経路5に設けられた循環ポンプ6と、燃料ガス循環経路5から分岐して先端が大気開放するアノードオフガス排出経路7と、燃料ガス循環経路5に設けられアノードオフガスの不純物の濃度を測定するセンサ8と、アノードオフガス排出経路7に設けられアノードオフガス排出経路7を開閉する排出弁9と、アノードオフガス排出経路7において排出弁9および絶縁部10の下流側に設けられた絶縁部10と、アノードオフガス排出経路7において排出弁9の上流側のアノードオフガスと接触可能に配置された第1電極11と、排出弁9の下流側のアノードオフガス排出経路7内のアノードオフガスと接触可能に配置された第2電極12と、第1電極11と第2電極12に接続された電圧計13と、制御器14とで構成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
次に、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1によるアノードオフガスの排出制御処理を図3のフローチャートに基づいて説明する。
Next, discharge control processing of the anode off gas by the
まず、燃料電池2が発電している状態で、燃料ガス循環経路5のアノードオフガスに含まれる不純物の濃度を、センサ8を用いて求める(S01)。
First, in a state where the
次に、燃料ガス循環経路5のアノードオフガスに含まれる不純物の濃度が所定の上限濃度に達するかどうかを判定する(S02)。本実施の形態では、所定の上限濃度を40%とする。
Next, it is determined whether the concentration of impurities contained in the anode off gas of the fuel
不純物の濃度が上限濃度に達すると排出弁9を開き(S03)、電圧計13が示す電圧計測を開始する(S04)。不純物の濃度が上限濃度に達していない場合は、再度S01
に戻る。
When the concentration of the impurities reaches the upper limit concentration, the
Return to
次に、電圧計13の電圧が所定値以上であるかどうかを判定する(S05)。所定値とは、第1電極11に接触するガスと、第2電極12が接触するガスの組成が同じ場合に示される電圧であり、0Vである。
Next, it is determined whether the voltage of the
S05で電圧計13が示す電圧が所定値より大きかった場合は、アノードオフガスの排出に異常があると判定し異常を報知する(S06)。次に、排出弁9を閉じ(S07)、運転を停止する(S08)。
If the voltage indicated by the
一方、電圧計13が示す電圧が所定値以下であった場合は、アノードオフガスの排出に異常がないと判定する(S09)。次に、アノードオフガス排出経路7の不純物の濃度が所定の下限濃度以下となったかどうかを判定する(S10)。本実施形態では下限濃度は10%とする。
On the other hand, when the voltage indicated by the
燃料ガス循環経路5の不純物の濃度が所定の下限濃度以下となった場合は、排出弁9を閉とし(S11)、排出処理を終了し、S01に戻る。下限濃度以下とならなかった場合は、再びS05に戻る。このような制御を行うことで、アノードオフガスに含まれる不純物の濃度を正確に把握して適切な処理を行える。
If the concentration of the impurities in the fuel
以上のように、本実施の形態の燃料電池システム1は、アノードオフガス排出経路7に設けられたアノードオフガス排出経路7を開閉する排出弁9と、アノードオフガス排出経路7において排出弁9の下流側に設けられた絶縁部10と、アノードオフガス排出経路7において排出弁9の上流側のアノードオフガスと接触可能に配置された第1電極11と、排出弁9および絶縁部10とアノードオフガス排出経路7の先端との間のアノードオフガス排出経路7内のガスと接触可能に配置された第2電極12と、一端が第1電極11に接続され他端が第2電極12に接続された電圧計13と、制御器14とを備えた燃料電池システム1とし、電圧計13により検出した電圧の変化でガス組成を検知することにより、アノードオフガスの排出が正常に行われているか否かを判定することができる。
As described above, the
また、アノードオフガスの排出を流量や圧力で検知する方式と比較して、アノードオフガスの水素濃度と、推定される水素濃度の違いが小さくなるため、流量計や圧力計の閉塞による測定結果の信頼性が低下するという懸念がない、信頼性の高い燃料電池システム1の運転方法とすることができる。
In addition, since the difference between the hydrogen concentration of the anode off gas and the estimated hydrogen concentration becomes smaller compared to the method of detecting the discharge of the anode off gas by the flow rate or pressure, the reliability of the measurement result due to the blockage of the flowmeter or pressure gauge The
なお、本実施の形態では、燃料ガスに水素を用いたが、水素ガスに限らず、本実施の形態で実施可能であれば、どんなガスでも構わない。 Although hydrogen is used as the fuel gas in the present embodiment, it is not limited to hydrogen gas, and any gas may be used as long as it can be implemented in the present embodiment.
なお、本実施の形態では、電圧計の材質はガスに対する耐食性があれば、どんな材質を選定しても構わない。 In the present embodiment, any material may be selected as the material of the voltmeter as long as it has corrosion resistance to gas.
なお、本実施の形態では、異常があると判定した後、異常を報知し、その後運転を停止する燃料電池システム1としているが、異常があると判定する燃料電池システム1、または異常があると判定した後、異常を報知する燃料電池システム1としても構わない。
In the present embodiment, after it is determined that there is an abnormality, the
また、本実施の形態では、センサ8に不純物ガスセンサを用いたが、水素ガス濃度を直接検出するセンサ8であっても構わない。 Further, although the impurity gas sensor is used as the sensor 8 in the present embodiment, it may be the sensor 8 that directly detects the hydrogen gas concentration.
以下、本実施の形態1のより具体的な内容について実施例を用いて説明する。なお、こ
の実施例によって本発明が限定されるものではない。
Hereinafter, more specific contents of the first embodiment will be described using an example. The present invention is not limited by this embodiment.
(実施例1)
図1及び図2に示す燃料電池システム1を用い、アノードオフガス排出経路7には、図2の詳細に示す通り、排出弁9、絶縁部10、第1電極11、第2電極12を設置する構成とした。また、電圧計13で第1電極11と第2電極12間の電圧を計測した。
Example 1
Using the
絶縁部10はPTFE等の絶縁性を持つ材質(ニチアス製TOMBO NO.9000)のガスケットとし、排出弁9との接続には絶縁ボルトを使用し、第1電極11、排出弁9と第2電極12とを絶縁させた。
The insulating
第1電極11と第2電極12には、アノードオフガス配管経路内に設置できる3mm角の金板を用いた。この金板からそれぞれ電圧計に電圧を計測するための信号線を取り出し電圧計13に接続した。
For the
電圧計13は、COSTOM CORPORATION社製のデジタルマルチメータCDM−2000Dを使用した。
The
この構成において、第1電極11に接触するガスを水素、第2電極12に接触するガスと空気として電圧を予め測定した結果、電圧計は77.5mVを示した。また、第1電極11に接触するガスを純水素、第2電極12に接触するガスも純水素とし、電圧を予め計測した結果、電圧計は0mVを示した。
In this configuration, the voltmeter showed 77.5 mV as a result of measuring the voltage in advance as hydrogen in contact with the
センサ8には超音波ガス濃度計(第一熱研株式会社製US100)を用いて窒素濃度を計測した。 The nitrogen concentration of the sensor 8 was measured using an ultrasonic gas concentration meter (US100 manufactured by Daiichi Hakken Co., Ltd.).
まず燃料電池2に燃料ガスとして水素を、酸化剤ガスとして空気を供給して、アノードオフガスを循環して発電を開始した。センサ8の窒素濃度が40%を示した際に排出弁9が作動して、アノードオフガスが排出された。その際、電圧計13は0mVを示した。その後、センサ8の窒素濃度が10%を示した際に、排出弁9が閉まることを確認した。
First, hydrogen as a fuel gas and air as an oxidant gas were supplied to the
これにより第1電極11と第2電極12に接触するガスが同じ場合に、正常にアノードオフガスの排出処理が実行できることを確認できた。
As a result, when the gas contacting the
(実施例2)
図4は、実施例2の燃料電池システム1のアノードオフガス排出経路の構成図を示すものである。図4に示す通り、絶縁部10を排出弁9と大気開放側の間ではなく、排出弁9よりも燃料電池2側のアノードオフガス排出経路7に配置した以外は、実施例1と同じとし、実施例1と同じ手法でアノードオフガス排出時の電圧を計測した。
(Example 2)
FIG. 4 is a block diagram of the anode off gas discharge path of the
まず燃料電池2燃料ガスとして水素を、酸化剤ガスとして空気を供給して、アノードオフガスを循環して発電を開始した。センサ8の窒素濃度が40%を示した際に排出弁9が作動して、アノードオフガスが排出された。その際、電圧計13は0mVを示した。その後、センサ8の窒素濃度が10%を示した際に、排出弁9が閉まることを確認した。
First, hydrogen was supplied as
これにより第1電極11と第2電極12に接触するガスが同じ場合に、正常にアノードオフガスの排出処理が実行できることを確認できた。
As a result, when the gas contacting the
(実施の形態2)
図5は、実施の形態2の燃料電池システムのアノードオフガス排出経路の構成図を示す
ものである。
Second Embodiment
FIG. 5 shows a configuration diagram of an anode off gas discharge path of the fuel cell system of
本実施の形態は、図5に示すアノードオフガス排出経路の構成以外は、実施の形態1と同じである。
The present embodiment is the same as
図5に示す通り、アノードオフガス排出経路7において、排出弁9よりも燃料電池2側のアノードオフガス排出経路7の配管に電圧計13の一方の端子を接続して第1電極11とし、他方の端子を排出弁9よりも大気開放側のアノードオフガス排出経路7の配管に接続し、第2電極12とした。
As shown in FIG. 5, in the anode off
第1電極11と排出弁9、第2電極12と排出弁9との接続を、共に絶縁性ガスケット(ニチアス製TOMBO NO.9000)と絶縁ボルトを用いて、配管と配管の間に絶縁体を設けた。配管は、導電性材料であるSUS304製の配管とした。この構成で、実施例1と同じ手法でアノードオフガス排出時の電圧を計測した。
The connection between the
まず、燃料電池2に燃料ガスとして水素を、酸化剤ガスとして空気を供給して、アノードオフガスを循環して発電を開始した。センサ8の窒素濃度が40%を示した際に排出弁9が作動して、アノードオフガスが排出された。その際、電圧計は0mVであった。その後、センサ8の窒素濃度が10%を示した際に、排出弁9が閉まることを確認した。
First, hydrogen as a fuel gas and air as an oxidant gas were supplied to the
これにより第1電極11と第2電極12に接触するガスが同じ場合に、正常にアノードオフガスの排出処理が実行できることを確認できた。
As a result, when the gas contacting the
(変形例)
実施例2の構造で、予め排出弁9に水を入れて閉塞した状態にして、アノードオフガス排出時の電圧計13により電圧を計測した。まず、燃料電池2に燃料ガスとして水素を、酸化剤ガスとして空気を供給して、アノードオフガスを循環して発電を開始した。
(Modification)
In the structure of Example 2, water was previously put in the
センサ8の窒素濃度が40%を示した際に排出弁9が作動して、アノードオフガスが排出された。1分間経過後、電圧計13は5mVを示すと同時に、制御器の警告ブザーが作動した。
When the nitrogen concentration of the sensor 8 indicates 40%, the
これにより、第1電極11と第2電極12に接触するガスが異なる場合に、異常を報知できることを確認できた。
Thereby, when the gas which contacts the
以上のように本発明の燃料電池システムは、アノードオフガスが正常に排出されているかどうかを正確に判定でき、信頼性が高いので、燃料電池の電解質に高分子電解質膜を用い、燃料電池から排出されるアノードオフガスを燃料ガスとして利用するための燃料ガス循環経路から高濃度の不純物を含むアノードオフガスを排出弁を介して排出する燃料電池システムで信頼性が求められる用途に好適である。 As described above, the fuel cell system of the present invention can accurately determine whether the anode off gas is properly discharged and has high reliability. Therefore, a polymer electrolyte membrane is used as the fuel cell electrolyte, and the fuel cell system is discharged from the fuel cell The fuel cell system according to the present invention is suitable for applications requiring reliability in a fuel cell system in which an anode off gas containing a high concentration of impurities is discharged through a discharge valve from a fuel gas circulation path for using the anode off gas as fuel gas.
1 燃料電池システム
2 燃料電池
3 燃料ガス供給器
4 燃料ガス供給経路
5 燃料ガス循環経路
6 循環ポンプ
7 アノードオフガス排出経路
8 センサ
9 排出弁
10 絶縁部
11 第1電極
12 第2電極
13 電圧計
14 制御器
15 酸化剤ガス供給器
DESCRIPTION OF
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017242275A JP2019110031A (en) | 2017-12-19 | 2017-12-19 | Fuel cell system and operation method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017242275A JP2019110031A (en) | 2017-12-19 | 2017-12-19 | Fuel cell system and operation method therefor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019110031A true JP2019110031A (en) | 2019-07-04 |
Family
ID=67179997
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017242275A Pending JP2019110031A (en) | 2017-12-19 | 2017-12-19 | Fuel cell system and operation method therefor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2019110031A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2022553685A (en) * | 2019-10-29 | 2022-12-26 | ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング | METHOD AND CONTROLLER FOR OPERATING FUEL CELL SYSTEM |
-
2017
- 2017-12-19 JP JP2017242275A patent/JP2019110031A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2022553685A (en) * | 2019-10-29 | 2022-12-26 | ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング | METHOD AND CONTROLLER FOR OPERATING FUEL CELL SYSTEM |
JP7370462B2 (en) | 2019-10-29 | 2023-10-27 | ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング | How to operate a fuel cell system, controller |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5105218B2 (en) | Abnormality judgment device | |
JP2007052936A (en) | Fuel cell system | |
US20120028152A1 (en) | Diagnosis and remediation of low anode hydrogen partial pressure in a pem fuel cell system | |
CN108288717A (en) | The method for detecting fuel cell gas leakage | |
JPWO2010128555A1 (en) | Fuel cell hydrogen concentration estimation device, fuel cell system | |
CN102288370A (en) | Detection of small anode leaks in fuel cell systems | |
US8623567B2 (en) | Method to detect gross loss in coolant based on current feedback from the high temperature pump | |
KR20110119729A (en) | Arrangement and method for monitoring galvanic isolation of fuel cell device | |
JP4765349B2 (en) | Fuel cell abnormality detection device | |
GB2582049A (en) | Method for operating an electrolysis system and electrolysis system | |
US20170250416A1 (en) | Fuel cell control method and fuel cell system | |
JP2019110031A (en) | Fuel cell system and operation method therefor | |
JP6861548B2 (en) | Fuel cell system and how to operate the fuel cell system | |
US7343251B1 (en) | Method to detect a hydrogen leak in a fuel cell | |
JP2010108815A (en) | Electrochemical device | |
JP2004319332A (en) | Fuel cell system | |
US20080184780A1 (en) | Method of detecting hydrogen sensor saturation in a hydrogen powered fuel cell | |
CN101793581B (en) | Fuel battery system, method for judging if anode pressure sensor normally operates | |
JP2006153601A (en) | Device and method for detecting trouble of gas sensor | |
JP2010160969A (en) | Fuel cell power generation system, and inspection method thereof | |
JP2010176952A (en) | Fuel cell system | |
JP2010103063A (en) | Fuel cell system and method for detecting cross leak using the same | |
JP5508633B2 (en) | Fuel cell abnormality detection device, fuel cell device, and fuel cell abnormality detection method | |
JP5375341B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2010198825A (en) | Fuel cell system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20190121 |