JP4629986B2 - Fuel cell system - Google Patents
Fuel cell system Download PDFInfo
- Publication number
- JP4629986B2 JP4629986B2 JP2004075977A JP2004075977A JP4629986B2 JP 4629986 B2 JP4629986 B2 JP 4629986B2 JP 2004075977 A JP2004075977 A JP 2004075977A JP 2004075977 A JP2004075977 A JP 2004075977A JP 4629986 B2 JP4629986 B2 JP 4629986B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- valve
- pressure
- flow path
- gas flow
- anode
- 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.)
- Expired - Fee Related
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
Description
本発明は、燃料電池システムに関し、詳しくは、電解質膜の耐久性を向上させる燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system that improves the durability of an electrolyte membrane.
近年、電気自動車の動力源等として固体高分子型の燃料電池が注目されている。固体高分子型の燃料電池(PEFC)は、常温でも発電することが可能であり、自動車以外にも様々な用途に実用化されつつある。 In recent years, solid polymer fuel cells have attracted attention as power sources for electric vehicles. A polymer electrolyte fuel cell (PEFC) can generate power even at room temperature, and is being put into practical use for various purposes other than automobiles.
一般に燃料電池システムは、固体高分子電解質膜を挟んで一面側にカソードを配置し、他面側にアノードを配置した燃料電池において、カソードガス流路内に供給される空気中の酸素(酸化剤ガス)と、アノードガス流路内に供給される水素(燃料ガス)とによって水を生成する電気化学反応で電力を発生させる仕組みになっている。
そして、燃料電池の運転においては、外気温などの環境温度等により、発電時と発電停止時とで、燃料電池内の環境が大きく変化(氷点下〜80度付近)する。
In general, a fuel cell system is a fuel cell in which a cathode is disposed on one side of a solid polymer electrolyte membrane and an anode is disposed on the other side, and oxygen in air (oxidant) supplied into a cathode gas flow path. Gas) and hydrogen (fuel gas) supplied into the anode gas flow path generate electric power through an electrochemical reaction that generates water.
In the operation of the fuel cell, the environment in the fuel cell changes greatly (below the freezing point to about 80 degrees) between power generation and when power generation is stopped due to an environmental temperature such as an outside air temperature.
ところで、通常、燃料電池システムでは、燃料電池の停止時、カソードガス流路は大気開放し、アノードガス流路は閉鎖系とすることで、燃料ガスの流出、または、酸化剤ガスとの混合を防止している。しかし、アノードガス流路を閉鎖系とすると、ガス中に含まれている水蒸気の温度低下に伴う凝縮によって、アノードガス流路内のガス圧がカソードガス流路内のガス圧より小さくなり、アノードガス流路内のガス圧とカソードガス流路内のガス圧に差圧(以下、「極間差圧」という。)が生じる。 By the way, normally, in a fuel cell system, when the fuel cell is stopped, the cathode gas channel is opened to the atmosphere, and the anode gas channel is closed, so that the fuel gas flows out or is mixed with the oxidant gas. It is preventing. However, when the anode gas flow path is a closed system, the gas pressure in the anode gas flow path becomes smaller than the gas pressure in the cathode gas flow path due to condensation accompanying the temperature drop of the water vapor contained in the gas. A differential pressure (hereinafter referred to as “electrode pressure difference”) is generated between the gas pressure in the gas channel and the gas pressure in the cathode gas channel.
また、燃料電池の停止時、カソードガス流路およびアノードガス流路をともに閉鎖系とした場合(双方水蒸気を同じ量含むものとする。)も、前記極間差圧が生じることがある。つまり、水素の体積収縮率よりも空気の体積収縮率の方が大きいため、アラスカ等の極寒地では、カソードガス流路内のガス圧がアノードガス流路内のガス圧より小さくなり、極間差圧が生じる。 In addition, when the fuel cell is stopped, the inter-electrode differential pressure may also occur when both the cathode gas channel and the anode gas channel are closed (both include the same amount of water vapor). In other words, since the volumetric contraction rate of air is larger than the volumetric contraction rate of hydrogen, the gas pressure in the cathode gas channel is smaller than the gas pressure in the anode gas channel in extremely cold regions such as Alaska. Differential pressure is generated.
このような極間差圧の発生は、前記した固体高分子電解質膜に負荷をかけて、固体高分子電解質膜を劣化させるため望ましいものではない。 The generation of such an inter-electrode differential pressure is undesirable because it imposes a load on the solid polymer electrolyte membrane and degrades the solid polymer electrolyte membrane.
従来、燃料電池の極間差圧を防止するための差圧防止装置がある(例えば、特許文献1参照)。図5は、従来の極間差圧防止装置の全体構成図である。
図5に示すように、従来の極間差圧防止装置100は、燃料電池101の燃料ガス供給通路102と連通するアノード水封器103と、燃料電池101の酸化剤ガス供給通路104と連通するカソード水封器105とを備え、アノード水封器103とカソード水封器105の下端部は連通路106で連通するように構成されている。そして、アノード水封器103とカソード水封器105の内部には水、水銀等の液体が充填されている。
Conventionally, there is a differential pressure prevention device for preventing a differential pressure between electrodes of a fuel cell (see, for example, Patent Document 1). FIG. 5 is an overall configuration diagram of a conventional inter-electrode differential pressure preventing device.
As shown in FIG. 5, the conventional inter-electrode differential
この極間差圧防止装置100の構成によれば、極間差圧が発生すると、燃料ガスの圧力がアノード水封器103内に伝えられるとともに、酸化剤ガスの圧力がカソード水封器105内に伝えられる。例えば、アノードガス流路101a内のガス圧がカソードガス流路101b内のガス圧より小さくなり、極間差圧が生じている場合、カソード水封器105内の液面が下がると同時に、アノード水封器103内の液面が上がり、それぞれの液面の位置に差が生じる。そして、液面の位置は、その差に相当する圧力が前記極間差圧に一致すると、バランスがとれて安定する。かかる液面の変化により、酸化剤ガスの一部がカソード水封器105内に抜かれ、燃料ガスの一部がアノード水封器103から戻される。これにより、差圧が減少して極間差圧を解消・低減できるようになっている。
しかしながら、アノード水封器103およびカソード水封器105内の液体として水を用いた場合、燃料電池101の停止時に燃料電池101内が氷点下になると、アノード水封器103およびカソード水封器105内が凍結してしまい、機能しなくなるといった問題があった。
また、前記した極間差圧防止装置100では、アノード水封器103およびカソード水封器105といった新たな種々のデバイスを設けるため、燃料電池システムが全体として大型化してしまうという問題があった。
However, when water is used as the liquid in the
Further, since the above-described inter-electrode differential
そこで、本発明は、主に、燃料電池の停止時に生じる極間差圧を確実に解消・低減し、さらに、簡易な構成を実現する燃料電池システムを提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell system that reliably eliminates and reduces the inter-electrode differential pressure that occurs when the fuel cell is stopped, and that realizes a simple configuration.
前記課題を解決するための手段として、本発明は、アノードとカソードの間に電解質膜が配設され、前記アノードに供給される燃料ガスと前記カソードに供給される酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池と、前記アノードを経由する燃料ガスが通流するアノードガス流路と、前記カソードを経由する酸化剤ガスが通流するカソードガス流路と、前記アノードの上流の前記アノードガス流路に設けられた第1バルブと、前記アノードの下流の前記アノードガス流路に設けられた第2バルブと、前記カソードの上流の前記カソードガス流路に設けられた第3バルブと、前記カソードの下流の前記カソードガス流路に設けられた第4バルブと、前記第1バルブ及び前記第2バルブの間の前記アノードガス流路内の燃料ガス圧を検出する第1の圧力検出手段と、前記第3バルブ及び前記第4バルブの間の前記カソードガス流路内の酸化剤ガス圧を検出する第2の圧力検出手段と、を備え、前記燃料電池の発電を停止させる発電停止時に、前記第1バルブ及び前記第2バルブが閉じられ前記第1バルブ及び前記第2バルブの間の前記アノードガス流路は大気から閉鎖状態とされ、前記第3バルブ及び前記第4バルブが開かれ前記第3バルブ及び前記第4バルブの間の前記カソードガス流路は大気に開放状態とされる燃料電池システムであって、前記燃料電池の発電停止後、前記第1の圧力検出手段の検出する燃料ガス圧が前記第2の圧力検出手段の検出する酸化剤ガス圧よりも低い場合、前記圧力検出手段の検出値に基づき、前記アノードガス流路内の燃料ガス圧と前記カソードガス流路内の酸化剤ガス圧との差圧を検出する差圧検出手段と、前記差圧検出手段の検出した差圧が、所定値以下であるか否かを判定する差圧判定手段と、を備え、前記差圧判定手段が前記差圧は所定値を超えると判定した場合、前記第2バルブは開き、前記第1バルブ及び前記第2バルブの間の前記アノードガス流路を大気に開放させることを特徴とする燃料電池システムである。 As means for solving the above-mentioned problems, the present invention provides an electrolyte membrane disposed between an anode and a cathode, and reacts a fuel gas supplied to the anode and an oxidant gas supplied to the cathode. A fuel cell for generating electricity; an anode gas flow path through which fuel gas flows through the anode; a cathode gas flow path through which oxidant gas flows through the cathode; and the anode gas flow upstream of the anode. A first valve provided in a path; a second valve provided in the anode gas flow path downstream of the anode; a third valve provided in the cathode gas flow path upstream of the cathode; and the cathode downstream of the fourth valve provided in the cathode gas passage, a first detecting a fuel gas pressure of the anode gas flow path between the first valve and the second valve Comprises a force detecting unit, and a second pressure detecting means for detecting an oxidant gas pressure of the cathode gas flow path between the third valve and the fourth valve to stop the power generation of the fuel cell When power generation is stopped, the first valve and the second valve are closed, and the anode gas flow path between the first valve and the second valve is closed from the atmosphere, and the third valve and the fourth valve Is opened and the cathode gas flow path between the third valve and the fourth valve is opened to the atmosphere, and after the power generation of the fuel cell is stopped, the first pressure detecting means When the fuel gas pressure detected by the second pressure detection means is lower than the oxidant gas pressure detected by the second pressure detection means , the fuel gas pressure in the anode gas flow path and the cathode gas are determined based on the detection value of the pressure detection means. Flow Comprising a differential pressure detecting means for detecting a differential pressure between the oxidant gas pressure inside the detected differential pressure of the differential pressure detecting means, a differential pressure determining means for determining whether a predetermined value or less, the When the differential pressure determining means determines that the differential pressure exceeds a predetermined value, the second valve is opened, and the anode gas flow path between the first valve and the second valve is opened to the atmosphere. A fuel cell system characterized by
このような燃料電池システムによれば、燃料電池の発電停止後、差圧検出手段が、アノードガス流路内のガス圧(燃料ガス圧)とカソードガス流路内のガス圧(酸化剤ガス圧)の差圧を検出し、差圧判定手段が、その検出値が所定値以下であるか否かを判定する。そして、差圧解消手段(第2バルブ)が、その判定結果(所定値を超えるとの判定結果)に応じて差圧を所定値以下にする。このように、アノードガス流路内のガス圧とカソードガス流路内のガス圧の差圧(極間差圧)を解消・低減することで、電解質膜への負荷を低減することができる。そのため、電解質膜の劣化を抑制して、耐久性を向上させることができる。 According to such a fuel cell system, after the power generation of the fuel cell is stopped, the differential pressure detection means is configured such that the gas pressure in the anode gas channel (fuel gas pressure) and the gas pressure in the cathode gas channel (oxidant gas pressure) ), And the differential pressure determination means determines whether or not the detected value is equal to or less than a predetermined value. And a differential pressure elimination means (2nd valve) makes a differential pressure below a predetermined value according to the determination result (determination result that exceeds predetermined value). Thus, the load on the electrolyte membrane can be reduced by eliminating / reducing the differential pressure between the gas pressure in the anode gas passage and the gas pressure in the cathode gas passage (inter-electrode differential pressure). Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the electrolyte membrane and improve the durability.
また、このような燃料電池システムによれば、前記開放手段(第2バルブ)が、アノードガス流路を大気開放する。こうすることで、極間差圧を解消・低減することができる。
すなわち、このような燃料電池システムによれば、特別な部品を増設することなく、既存のデバイスのみで極間差圧を解消・低減することができる。また、極間差圧を解消・低減するために、ガスを供給することもないので、燃費を向上させることができる。
Further , according to such a fuel cell system, the opening means (second valve) opens the anode gas flow path to the atmosphere. By doing so, the pressure difference between the electrodes can be eliminated / reduced.
That is, according to the fuel cell system such as this, without adding a special component, it can be eliminated, reducing the inter-electrode differential pressure only in existing devices. In addition, since no gas is supplied in order to eliminate or reduce the differential pressure between the electrodes , the fuel consumption can be improved.
前記燃料電池システムにおいて、前記第2バルブが開いたことにより、前記差圧検出手段の検出する差圧が低減し、前記第1の圧力検出手段の検出する前記アノードガス流路内の燃料ガス圧と前記第2の圧力検出手段の検出する前記カソードガス流路内の酸化剤ガス圧とが等しくなった後、前記第2バルブは閉じて前記第1バルブ及び前記第2バルブの間の前記アノードガス流路を閉鎖し、前記第3バルブ及び前記第4バルブは閉じて前記第3バルブ及び前記第4バルブの間の前記カソードガス流路を閉鎖することが好ましい。 In the fuel cell system, when the second valve is opened, the differential pressure detected by the differential pressure detecting means is reduced, and the fuel gas pressure in the anode gas flow path detected by the first pressure detecting means is reduced. And the oxidant gas pressure in the cathode gas flow path detected by the second pressure detecting means becomes equal, the second valve is closed and the anode between the first valve and the second valve is closed. Preferably, the gas flow path is closed, the third valve and the fourth valve are closed, and the cathode gas flow path between the third valve and the fourth valve is closed.
本発明によれば、極間差圧を解消・低減することができる。そして、極間差圧を解消・低減することで、電解質膜への負荷を低減することができる。そのため、電解質膜の劣化を抑制して、耐久性を向上させることができる。 According to the present invention , the pressure difference between the electrodes can be eliminated / reduced. And the load to an electrolyte membrane can be reduced by eliminating and reducing the pressure difference between electrodes. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the electrolyte membrane and improve the durability.
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本実施の形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。
燃料電池システム1は、燃料電池2のアノード21に接続されるアノードガス流路3内に供給される燃料ガスとしての水素ガスと、カソード22に接続されるカソードガス流路5内に供給される酸化剤ガスとしての空気とによって水を生成する電気化学反応で電力を発生させる仕組みになっている。本発明では、特に、燃料電池2の停止後、アノードガス流路3内の燃料ガスの圧力とカソードガス流路5内の酸化剤ガスの圧力の差圧(極間差圧)を解消・低減することを目的とする。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to the present embodiment.
The
図1に示すように、燃料電池システム1は、燃料電池2と、この燃料電池2のアノード21に接続されるアノードガス流路3に設けられる圧力センサ4(第1の圧力検出手段)と、燃料電池2のカソード22に接続されるカソードガス流路5に設けられる圧力センサ6(第2の圧力センサ)と、アノードガス流路3内を通流する燃料ガスの圧力(以下、「燃料ガス圧」という。)を調整するバルブV1,V2と、カソードガス流路5内を通流する酸化剤ガスの圧力(以下、「酸化剤ガス圧」という。)を調整するバルブV3,V4と、このバルブV1〜V4の開閉等を制御するECU7を備えている。
As shown in FIG. 1, the
燃料電池2は、固体高分子電解質膜23の一面側にアノード21、他面側にカソード22を配置して構成される膜電極接合体を、セパレータを介して積層させてなるものであるが、図1では簡略化して示している。
The
燃料電池2のアノード21には、燃料ガスが通流するアノードガス流路3が接続されている。アノード21より上流側に位置するアノードガス流路3の端部には、高圧水素のタンク31が配設され、このタンク31からアノードガス流路3内に燃料ガスが供給される。
An anode
また、アノード21より上流側に位置するアノードガス流路3には、前記したバルブV1、圧力センサ4、および燃料電池2から排出されたオフガスを吸引するエゼクタ32が設けられている。圧力センサ4は、アノードガス流路3内を通流する燃料ガスの圧力を検出し、その検出値をECU7に送信する。また、バルブV1は、ECU7から送信される信号に基づき、その開閉を制御されている。
アノード21より下流側に位置するアノードガス流路3(オフガス流路)には、前記したバルブV2が設けられている。このバルブV2は、燃料電池2のアノード21側から排出された燃料ガスを外部に排出するためのパージ弁であり、ECU7から送信される信号に基づき、その開閉を制御されている。なお、タンク31、バルブV1、エゼクタ32等が、「ガス供給手段」に、また、バルブV2が、「開放手段」に相当する。
The anode
The above-described valve V2 is provided in the anode gas flow path 3 (off-gas flow path) located on the downstream side of the
燃料電池2のカソード22には、酸化剤ガスが通流するカソードガス流路5が接続されている。カソード22より上流側に位置するカソードガス流路5の端部には、コンプレッサ51が配設されている。このコンプレッサ51は、大気を圧縮して、その大気を酸化剤ガスとしてカソードガス流路5内に供給するものであり、その駆動をECU7によって制御されている。
A cathode
また、カソード22より上流側に位置するカソードガス流路5には、前記したバルブV3、圧力センサ6が設けられている。圧力センサ6は、カソードガス流路5内を通流する燃料ガスの圧力を検出し、その検出値をECU7に送信する。また、バルブV3は、ECU7から送信される信号に基づき、その開閉を制御されている。
カソード22より下流側に位置するカソードガス流路5(オフガス流路)には、前記したバルブV4が設けられている。このバルブV4は、燃料電池2のカソード22側から排出された酸化剤ガスを外部に排出するためのパージ弁であり、ECU7から送信される信号に基づき、その開閉を制御されている。なお、コンプレッサ51、バルブV3等が、「ガス供給手段」に、また、バルブV4が、「開放手段」に相当する。
Further, the valve V3 and the
The cathode gas flow path 5 (off-gas flow path) located downstream from the
次に、ECU7の内部構成について説明する。図2は、ECUの概略構成図である。
図2に示すように、ECU7は、圧力センサ4,6から送信された各検出値に基づいて極間差圧を検出する差圧検出手段71と、圧力センサ4による検出値が圧力センサ6による検出値よりも小さい場合に、その極間差圧が所定値以下であるか否かを判定する第1の差圧判定手段72と、圧力センサ6の検出値が圧力センサ4の検出値よりも小さい場合に、その極間差圧が所定値以下であるか否かを判定する第2の差圧判定手段73と、第1の差圧判定手段72の判定結果に基づいて、バルブV1を駆動するV1駆動回路81、または、バルブV2を駆動するV2駆動回路82に送信する信号を生成する信号生成回路74と、第2の差圧判定手段73の判定結果に基づいて、コンプレッサ51を駆動するコンプレッサ駆動回路83、バルブV3を駆動するV3駆動回路84、または、バルブV4を駆動するV4駆動回路85に送信する信号を生成する信号生成手段75を含んで構成されている。なお、各所定値は、各差圧判定手段72,73の記憶装置に予め記憶されているものであり、この所定値は適宜設定を変更できるものとする。ちなみに、第1・第2の差圧判定手段72,73は一つの差圧判定手段として構成することもできる。
Next, the internal configuration of the
As shown in FIG. 2, the
このように構成された燃料電池システム1の動作について説明する。図3は、燃料電池システムのフローチャートであり、(a)はアノードガス流路内圧力がカソードガス流路内圧力より小さい場合であり、(b)はカソードガス流路内圧力がアノードガス流路内圧力より小さい場合である。
燃料電池システム1は、燃料電池2の停止後は、基本的には、燃料ガスのアノードガス流路3を閉鎖系とするため、バルブV1,V2を閉じており、酸化剤ガスのカソードガス流路5は開放するため、バルブV3,V4を開いているものとする。
The operation of the
In the
まず、アノードガス流路3内圧力がカソードガス流路5内圧力より小さい場合(A<C)について説明する。このような状態になるのは、前記したように、アノードガス流路内を閉鎖系にし、カソードガス流路内を開放するという条件下、燃料ガス中に含まれる水蒸気が、燃料電池2の停止による温度低下に伴って凝縮するからである。
First, the case where the pressure in the anode
図3(a)に示すように、燃料電池システム1は、燃料電池2が停止し、イグニッションがオフされると(ステップS1)、図1に示す圧力センサ4,6で、アノードガス流路3内、および、カソードガス流路5内に供給される各ガスの圧力を検出しながら監視する(ステップS2)。なお、その際の電源は、図示しない車載のバッテリが用いられる。そして、その各検出値から図2に示すECU7の差圧検出手段71で極間差圧を検出し、第1の差圧判定手段72で極間差圧が所定値以下であるか否かを判定する(ステップS3)。その結果、極間差圧の検出値が所定値以下であれば(ステップS3でYesの場合)、ステップS2に戻って、各ガスの圧力の監視を継続する。一方、極間差圧の検出値が所定値を超える場合(ステップS3でNoの場合)、ECU7は、図1に示すバルブV1を開いて燃料ガスをアノードガス流路3内に供給し(ステップS4)、または、バルブV2を開いて、アノードガス流路3の下流側(オフガス流路)を大気開放する(ステップS4’)。ステップS4で示すように、燃料ガスを新たに供給すれば、アノードガス流路3内に供給される燃料ガスの圧力を高めることができるので、極間差圧を解消・低減することができる。また、ステップS4’で示すように、バルブV2を開いて大気開放することで、カソードガス流路5内のガス圧と等しくし、極間差圧を解消・低減することができる。
As shown in FIG. 3A, in the
次に、カソードガス流路5内圧力がアノードガス流路3内圧力より小さい場合(C<A)について説明する。なお、自然状態では、このような状態になることはないが、前記ステップS4で燃料ガスを大量に供給した場合などを想定して、カソードガス流路5内圧力がアノードガス流路3内圧力より小さい場合を説明するものである。
Next, a case where the internal pressure of the
図3(b)に示すように、燃料電池システム1は、燃料電池2が停止し、イグニッションがオフされると(ステップS5)、図1に示す圧力センサ4,6で、アノードガス流路3内、および、カソードガス流路5内に供給される各ガスの圧力を検出しながら監視する(ステップS6)。そして、その各検出値から図2に示すECU7の差圧検出手段71で極間差圧を検出し、第2の差圧判定手段73で極間差圧の検出値が所定値以下であるか否かを判定する(ステップS7)。その結果、極間差圧の検出値が所定値以下であれば(ステップS7でYesの場合)、ステップS6に戻って、各ガスの圧力の監視を継続する。一方、極間差圧の検出値が所定値を超える場合(ステップS7でNoの場合)、ECU7は、図1に示すコンプレッサ51を駆動し、または、バルブV3を開くことで、酸化剤ガスをカソードガス流路5内に大気を導入する(ステップS8)。ステップS8で示すように、大気を導入すれば、カソードガス流路5内に供給される酸化剤ガスの圧力を高めることができるので、極間差圧を解消・低減することができる。なお、燃料電池2の停止時は、バルブV4は開かれているのが基本であるが、これが閉じられているときは、バルブV4を開くことで極間差圧を解消・低減することもできる。
As shown in FIG. 3B, in the
なお、燃料電池2の停止後に発生する極間差圧を解消・低減した後は、例えば、燃料ガスのアノードガス流路3および酸化剤ガスのカソードガス流路5をいずれも閉鎖系にするとよい。燃料電池停止後は、発電時から常温時までのような大きな温度差がないため、一旦極間差圧を解消・低減した後であれば、大きな差圧を生じないからである。このようにすることで、圧力センサで常時圧力を監視する必要もなく、燃費を向上させることができる。
After eliminating or reducing the inter-electrode differential pressure generated after the
以上によれば、本実施形態に係る燃料電池システム1において、以下の効果を得ることができる。
燃料電池システム1では、ガス圧が低い方のガス流路(アノードガス流路3またはカソードガス流路5)内に新たにガスを供給するため、ガスを供給されたガス流路内のガス圧が高くなり、極間差圧が解消・低減され、固体高分子電解質膜23への負荷を低減することができる。そのため、固体高分子電解質膜23の劣化を抑制して、耐久性を向上させることができる。
また、燃料電池システム1は、燃料ガスまたは酸化剤ガスを新たに供給し、または、オフガス流路を大気開放するだけなので、特別な部品を増設することなく、既存のシステムで極間差圧を解消・低減することができる。特に、大気開放するだけであれば、余計なガスを使用せず、燃費を向上させることができる。
According to the above, the following effects can be obtained in the
In the
In addition, since the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。
また、以下のような参考例とすることもできる。図4は、参考例に係る燃料電池システムの概略構成図である。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment .
Also, it may be a less of such a reference example. FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a reference example.
図4に示す燃料電池システム1’は、前記した燃料電池システム1に、さらに、専用ガス供給源9と、この専用ガス供給源9からアノードガス流路3の上流側(燃料電池2の上流側)に連通するガス流路10Aと、専用ガス供給源9からカソードガス流路5の上流側(燃料電池2の上流側)に連通するガス流路10Bとを備え、ガス流路10A,10BにはそれぞれバルブV5,V6が設けられて構成されている。なお、専用ガス供給源9の専用ガスとしては、例えば、窒素、圧縮空気、ヘリウムガス、アルゴンガス等のドライガスがあげられる。
4 further includes a dedicated gas supply source 9 and an upstream side of the anode
この燃料電池システム1’においては、極間差圧が所定値以下であるか否かの判定までは、前記実施形態と同様であるのでその説明を省略し、ECU7の第1の差圧判定手段72,73(図2参照)が、極間差圧が所定値を超えると判定した後の動作について、以下説明する。
In this
図4に示す燃料電池システム1’は、アノードガス流路3内圧力がカソードガス流路5内圧力より小さい場合、ECU7で、バルブV5を開くように制御して、ガス流路10Aを介して、アノードガス流路3に専用ガスを供給する。このように新たに専用ガスを供給することで、アノードガス流路3内のガス圧を高め、極間差圧を解消・低減することができる。
In the
一方、アノードガス流路3内に専用ガスを供給しすぎた結果、カソードガス流路5内圧力がアノードガス流路3内圧力より小さくなった場合、ECU7で、バルブV6を開くように制御する。そして、ガス流路10Bを介して、カソードガス流路5に専用ガスを供給する。このように新たに専用ガスを供給することで、カソードガス流路5内のガス圧を高め、極間差圧を解消・低減することができる。
On the other hand, when the pressure in the cathode
このように、変形例に係る燃料電池システム1’においては、アノードガス流路3とカソードガス流路5にそれぞれ専用ガスが供給される手段を設けるだけでよいので、簡易な構成で極間差圧を解消・低減することができる。
As described above, in the
また、前記実施形態では、アノードガス流路3を閉鎖し、カソードガス流路5を開放しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、アノードガス流路3を開放し、カソードガス流路5を閉鎖し、あるいは、両流路(アノードガス流路3,カソードガス流路5)を閉鎖した状態であってもよい。
In the above embodiment, the anode
1 燃料電池システム
2 燃料電池
3 ガス流路
4 圧力センサ
5 ガス流路
6 圧力センサ
7 ECU
9 専用ガス供給源
10A ガス流路
10B ガス流路
21 アノードガス流路内
22 カソードガス流路内
23 固体高分子電解質膜
31 高圧水素タンク
32 エゼクタ
51 コンプレッサ
DESCRIPTION OF
9 Dedicated
Claims (2)
前記アノードを経由する燃料ガスが通流するアノードガス流路と、
前記カソードを経由する酸化剤ガスが通流するカソードガス流路と、
前記アノードの上流の前記アノードガス流路に設けられた第1バルブと、
前記アノードの下流の前記アノードガス流路に設けられた第2バルブと、
前記カソードの上流の前記カソードガス流路に設けられた第3バルブと、
前記カソードの下流の前記カソードガス流路に設けられた第4バルブと、
前記第1バルブ及び前記第2バルブの間の前記アノードガス流路内の燃料ガス圧を検出する第1の圧力検出手段と、
前記第3バルブ及び前記第4バルブの間の前記カソードガス流路内の酸化剤ガス圧を検出する第2の圧力検出手段と、
を備え、
前記燃料電池の発電を停止させる発電停止時に、前記第1バルブ及び前記第2バルブが閉じられ前記第1バルブ及び前記第2バルブの間の前記アノードガス流路は大気から閉鎖状態とされ、前記第3バルブ及び前記第4バルブが開かれ前記第3バルブ及び前記第4バルブの間の前記カソードガス流路は大気に開放状態とされる燃料電池システムであって、
前記燃料電池の発電停止後、前記第1の圧力検出手段の検出する燃料ガス圧が前記第2の圧力検出手段の検出する酸化剤ガス圧よりも低い場合、
前記圧力検出手段の検出値に基づき、前記アノードガス流路内の燃料ガス圧と前記カソードガス流路内の酸化剤ガス圧との差圧を検出する差圧検出手段と、
前記差圧検出手段の検出した差圧が、所定値以下であるか否かを判定する差圧判定手段と、
を備え、
前記差圧判定手段が前記差圧は所定値を超えると判定した場合、前記第2バルブは開き、前記第1バルブ及び前記第2バルブの間の前記アノードガス流路を大気に開放させる
ことを特徴とする燃料電池システム。 An electrolyte membrane is disposed between the anode and the cathode, and a fuel cell that generates electricity by reacting a fuel gas supplied to the anode and an oxidant gas supplied to the cathode ; and
An anode gas flow path through which fuel gas passes through the anode;
A cathode gas passage through which an oxidant gas passing through the cathode flows;
A first valve provided in the anode gas flow path upstream of the anode;
A second valve provided in the anode gas flow path downstream of the anode;
A third valve provided in the cathode gas flow path upstream of the cathode;
A fourth valve provided in the cathode gas flow path downstream of the cathode;
First pressure detecting means for detecting a fuel gas pressure in the anode gas flow path between the first valve and the second valve ;
Second pressure detecting means for detecting an oxidant gas pressure in the cathode gas flow path between the third valve and the fourth valve ;
With
When power generation is stopped to stop power generation of the fuel cell, the first valve and the second valve are closed, and the anode gas flow path between the first valve and the second valve is closed from the atmosphere, A fuel cell system in which a third valve and the fourth valve are opened and the cathode gas flow path between the third valve and the fourth valve is opened to the atmosphere ;
When the fuel gas pressure detected by the first pressure detection means is lower than the oxidant gas pressure detected by the second pressure detection means after stopping the power generation of the fuel cell ,
Based on the detection value of the pressure detecting means, a differential pressure detecting means for detecting a differential pressure between the fuel gas pressure and the oxidizing gas pressure in the cathode gas flow path of the anode gas flow channel,
Differential pressure determination means for determining whether or not the differential pressure detected by the differential pressure detection means is a predetermined value or less;
With
When the differential pressure determining means determines that the differential pressure exceeds a predetermined value, the second valve is opened, and the anode gas flow path between the first valve and the second valve is opened to the atmosphere.
The fuel cell system which is characterized a call.
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004075977A JP4629986B2 (en) | 2004-03-17 | 2004-03-17 | Fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004075977A JP4629986B2 (en) | 2004-03-17 | 2004-03-17 | Fuel cell system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005267937A JP2005267937A (en) | 2005-09-29 |
JP4629986B2 true JP4629986B2 (en) | 2011-02-09 |
Family
ID=35092275
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004075977A Expired - Fee Related JP4629986B2 (en) | 2004-03-17 | 2004-03-17 | Fuel cell system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4629986B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20200057165A (en) | 2018-11-15 | 2020-05-26 | 현대자동차주식회사 | Pressure control system and control method of fuel cell stack |
KR20200118289A (en) | 2019-04-04 | 2020-10-15 | 현대자동차주식회사 | Method and system for controlling pressure of fuel cell stack |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008026449A1 (en) * | 2006-08-29 | 2008-03-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for stopping power generation of fuel cell system and fuel cell system including power generation stopping unit |
JP5410766B2 (en) * | 2009-01-07 | 2014-02-05 | 本田技研工業株式会社 | Fuel cell system and cathode pressure control method for fuel cell system |
DE102013001206A1 (en) * | 2013-01-24 | 2014-07-24 | Daimler Ag | Method for operating a fuel cell system |
KR101684118B1 (en) * | 2015-05-27 | 2016-12-07 | 현대자동차주식회사 | Fuel cell purging method |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57204666U (en) * | 1981-06-23 | 1982-12-27 | ||
JPH05205761A (en) * | 1991-02-27 | 1993-08-13 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Fuel cell equipment |
JP2003217631A (en) * | 2002-01-17 | 2003-07-31 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell control device |
JP2004079490A (en) * | 2002-08-09 | 2004-03-11 | Equos Research Co Ltd | Fuel cell apparatus |
JP2004179054A (en) * | 2002-11-28 | 2004-06-24 | Honda Motor Co Ltd | Power generation shutdown method of fuel cell system |
-
2004
- 2004-03-17 JP JP2004075977A patent/JP4629986B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57204666U (en) * | 1981-06-23 | 1982-12-27 | ||
JPH05205761A (en) * | 1991-02-27 | 1993-08-13 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Fuel cell equipment |
JP2003217631A (en) * | 2002-01-17 | 2003-07-31 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell control device |
JP2004079490A (en) * | 2002-08-09 | 2004-03-11 | Equos Research Co Ltd | Fuel cell apparatus |
JP2004179054A (en) * | 2002-11-28 | 2004-06-24 | Honda Motor Co Ltd | Power generation shutdown method of fuel cell system |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20200057165A (en) | 2018-11-15 | 2020-05-26 | 현대자동차주식회사 | Pressure control system and control method of fuel cell stack |
US11489181B2 (en) | 2018-11-15 | 2022-11-01 | Hyundai Motor Company | Pressure control system and control method of fuel cell stack |
KR20200118289A (en) | 2019-04-04 | 2020-10-15 | 현대자동차주식회사 | Method and system for controlling pressure of fuel cell stack |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2005267937A (en) | 2005-09-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101829692B1 (en) | Method for detecting the permeability state of the ion exchanger polymer membrane of a fuel cell | |
US8492046B2 (en) | Method of mitigating fuel cell degradation due to startup and shutdown via hydrogen/nitrogen storage | |
US7875399B2 (en) | Stop method for fuel cell system | |
JP4028544B2 (en) | Fuel cell system and fuel gas path failure detection method in the system | |
JP4442429B2 (en) | Fuel cell system | |
JP4758707B2 (en) | Fuel cell system | |
KR101769636B1 (en) | Method for detecting the sealed state of a fuel cell | |
US8211581B2 (en) | Control apparatus and control method for fuel cell | |
US20060251937A1 (en) | Stop method for fuel cell system and fuel cell system | |
JP2015097218A (en) | Shut down method for fuel cell stack | |
JP4603427B2 (en) | Fuel cell system | |
US20060141310A1 (en) | Fuel cell system and method of controlling the same | |
JP2007165103A (en) | Fuel cell system, its operation method, and movable body | |
JP4772470B2 (en) | Fuel cell system | |
JP4629986B2 (en) | Fuel cell system | |
JP4202100B2 (en) | Function maintenance method of fuel cell system | |
JP2006294447A (en) | Fault determination apparatus | |
JP4687039B2 (en) | Polymer electrolyte fuel cell system | |
JP5255338B2 (en) | Fuel cell system and control method in case of failure | |
WO2008053768A1 (en) | Fuel cell system | |
JP5136874B2 (en) | Fuel cell system and exhaust valve abnormality determination method | |
JP2005197156A (en) | Fuel cell system | |
JP4608251B2 (en) | Fuel cell system and method for starting fuel cell system | |
JP2009076261A (en) | Fuel cell system and its starting method | |
JP5097016B2 (en) | Fuel cell system and method for determining open / close state of shut-off valve |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061128 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100628 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100713 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100910 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20101109 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20101112 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131119 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4629986 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |