JP2022040600A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施形態に係る燃料電池システム1の全体構成を模式的に示すブロック図である。
図1に示すように、本実施形態の燃料電池システム1は、燃料電池本体10を備えている。ここでは、燃料電池本体10は、燃料極20(アノード)および酸化剤極30(カソード)を有する。図示を省略しているが、燃料電池本体10において燃料極20と酸化剤極30(カソード)との間には電解質膜(図示省略)が介在しており、燃料電池本体10は、燃料ガスと酸化剤ガスとの間の反応によって発電運転を行うように構成されている。また、燃料電池本体10は、燃料電池本体10を冷却するために電池冷却部40を備えている。
燃料電池本体10において、燃料極20は、燃料ガスが燃料ガス供給流路L211から供給され、燃料ガス排出流路L212に排出されるように構成されている。ここでは、燃料ガス供給流路L211は、燃料ガス供給部210と燃料極20との間を連通しており、燃料ガス供給部210と燃料極20との間には燃料極入口弁V211が設けられている。そして、燃料ガス排出流路L212には、燃料極出口弁V212が設けられている。燃料ガス供給流路L211および燃料ガス排出流路L212は、たとえば、多孔質材料で形成されたセパレータ(図示省略)に設けられた部分を含む。燃料ガスは、たとえば、水素であって、水素ボンベや水素吸蔵合金を用いて構成された水素源である燃料ガス供給部210から燃料極20へ供給される。
燃料電池本体10において、酸化剤極30は、酸化剤ガスが酸化剤ガス供給流路L311から供給され、酸化剤ガス排出流路L312に排出されるように構成されている。ここでは、酸化剤ガス供給流路L311は、酸化剤ガス供給部310と酸化剤極30との間を連通しており、酸化剤ガス供給部310と酸化剤極30との間には酸化剤極入口弁V311が設けられている。そして、酸化剤ガス排出流路L312には、酸化剤極出口弁V312が設けられている。酸化剤ガス供給流路L311および酸化剤ガス排出流路L312は、たとえば、多孔質材料で形成されたセパレータ(図示省略)に設けられた部分を含む。酸化剤ガスは、たとえば、空気であって、ブロアやコンプレッサなどの酸化剤ガス供給部310から酸化剤極30へ供給される。
燃料電池本体10において、電池冷却部40は、冷却水循環流路L410を循環する冷却水が流入し、かつ、流出するように構成されている。冷却水循環流路L410には、冷却水ポンプ410が設けられており、冷却水ポンプ410によって冷却水が電池冷却部40を介して冷却水循環流路L410を循環する。冷却水循環流路L410は、たとえば、多孔質材料で形成されたセパレータ(図示省略)に設けられた部分を含む。
本実施形態の燃料電池システム1においては、燃料ガス循環流路L230が設けられている。燃料ガス循環流路L230は、燃料ガス供給流路L211に一端が連通し、燃料ガス排出流路L212に他端が連通している。具体的には、燃料ガス循環流路L230の一端は、燃料ガス供給流路L211において燃料極入口弁V211と燃料極20との間に位置する部分に連結されている。そして、燃料ガス循環流路L230の他端は、燃料ガス排出流路L212において燃料極出口弁V212と燃料極20との間に位置する部分に連結されている。そして、燃料ガス循環流路L230には、燃料リサイクルブロア230が設けられている。
また、本実施形態の燃料電池システム1においては、脱気流路L250が設けられている。脱気流路L250の一端は、燃料ガス循環流路L230において燃料ガス排出流路L212に連通する他端と燃料リサイクルブロア230との間に連結されている。そして、脱気流路L250には、脱気弁V250が設けられている。
燃料電池システム1は、上記の他に、制御部80を備えている。制御部80は、燃料電池本体10の発電運転を制御するために、燃料電池システム1を構成する各部を制御する。図示を省略しているが、制御部80は、演算器(図示省略)とメモリ装置(図示省略)とを含み、メモリ装置が記憶しているプログラムを用いて演算器が演算処理を行うことによって、燃料電池システム1を構成する各部の制御を行う。
本実施形態の燃料電池システム1の動作について説明する。
まず、発電運転の概要について説明する。
つぎに、発電運転の停止について説明する。
このように、本実施形態では、脱気弁V250の閉止した状態で発電運転を停止しているので、燃料極20中の窒素濃度を一定値以上に保ったまま発電を停止させることができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
Claims (6)
- 燃料ガスが燃料ガス供給流路から供給され、燃料ガス排出流路に排出される燃料極、および、酸化剤ガスが酸化剤ガス供給流路から供給され、酸化剤ガス排出流路に排出される酸化剤極を有し、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとの間の反応によって発電運転を行うように構成されている燃料電池本体と、
前記発電運転を制御するように構成されている制御部と
を備える燃料電池システムであって、
前記燃料ガス供給流路に一端が連通し、前記燃料ガス排出流路に他端が連通している燃料ガス循環流路と、
前記燃料ガス循環流路に設けられた脱気弁と
を有し、
前記制御部は、前記発電運転を停止する運転停止指令を受けたとき、前記脱気弁を閉止し、前記燃料極中の窒素濃度が基準値未満である場合には前記燃料極中の窒素濃度が基準値以上になるまで前記発電運転を継続した後に、前記発電運転を停止させる、
燃料電池システム。 - 前記燃料ガス供給流路に設けられた燃料極入口弁と、
前記燃料ガス排出流路に設けられた燃料極出口弁と、
前記酸化剤ガス供給流路に設けられた酸化剤極入口弁と、
前記酸化剤ガス排出流路に設けられた酸化剤極出口弁と
を有し、
前記制御部は、前記発電運転を停止させるときには、少なくとも、前記燃料極出口弁と前記酸化剤極入口弁と前記酸化剤極出口弁とを閉止する、
請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記制御部は、リサイクル発電時間に基づいて、窒素濃度が基準値以上であるか否かを判断する、
請求項1または2に記載の燃料電池システム。 - 前記制御部は、電圧低下量に基づいて、窒素濃度が基準値以上であるか否かを判断する、
請求項1または2に記載の燃料電池システム。 - 前記制御部は、前記発電運転を停止させた後に、前記燃料電池本体に外部負荷を接続することによって、前記燃料電池本体において前記燃料極に残留した燃料ガスおよび酸化剤極に残留した酸化剤ガスを消費する、
請求項1から4のいずれかに記載の燃料電池システム。 - 前記制御部は、前記発電運転を停止させた後には、前記燃料極の圧力が大気圧以上に保持されるように、前記燃料極に燃料ガスを供給する、
請求項1から5のいずれかに記載の燃料電池システム。
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