JP4887632B2 - 燃料電池システムにおけるフラッディングの解消 - Google Patents
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Description
A.装置の全体構成:
B.第1の開閉弁、第2の開閉弁およびエアコンプレッサの制御:
C.変形例:
図1は、本発明の実施例である燃料電池システム10の構成の概略を表すブロック図である。燃料電池システム10は、発電の本体である燃料電池22と、燃料電池22に供給する水素を貯蔵する水素タンク23と、燃料電池22に圧縮空気を供給するためのエアコンプレッサ24と、を備えている。燃料電池22としては種々の種類の燃料電池を用いることが可能であるが、本実施例では、燃料電池22として固体高分子型燃料電池を用いている。この燃料電池22は、複数の単セルを積層したスタック構造を有している。
図2は、本発明の燃料電池システム10の制御部70において実行される、第1の開閉弁50、第2の開閉弁66およびエアコンプレッサ24の制御ルーチンを表すフローチャートである。本ルーチンは、燃料電池システム10の稼働中に繰り返し実行される。
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
上記実施例では、燃料電池システム10には、開口面積が異なる二つの開閉弁50,66が設けられていた。そして、通常運転時には開口面積が小さい第1の開閉弁50が使用され(ステップS120参照)、フラッディングが生じている場合には開口面積が大きい第2の開閉弁66が使用された(ステップS170参照)。しかし、アノード排ガスを系外に排出する機構は、他の構成とすることもでき、他の態様で使用することもできる。
上記実施例では、第1の開閉弁50および第2の開閉弁66の開閉動作は、燃料電池22による発電量の積算値に基づいて定められた所定の時間毎に所定の時間だけ開弁を行なうというものであった。しかし、弁の開閉動作は、他の態様とすることもできる。たとえば、一定の時間間隔で一定の時間だけ弁を開閉するものであってもよい。
上記実施例では、第1の開閉弁50は、気液分離器27の底面に設けられ、第2の開閉弁66は、気液分離器27の側面に設けられていた。しかし、アノード排ガスを系外に排出する機構は、気液分離器の他の場所に設けてもよい。たとえば、第1の開閉弁50、第2の開閉弁66ともに、気液分離器27の底面に設けてもよいし、ともに気液分離器27の側面に設けてもよい。すなわち、アノード排ガスを系外に排出するための、開口の面積が異なる開閉弁は、気液分離器において、高さの同じ位置に設けられていてもよいし、高さが違う位置に設けられていてもよい。
上記実施例においては、燃料電池22の出力電圧と、インピーダンスとに基づいて、フラッディングの有無を判定していた(ステップS110参照)。しかし、フラッディングの有無の判定は、他の方法で行うこともできる。
上記実施例においては、コンプレッサ用マップは、一つ用意されていた。そして、フラッディングが生じて開口が大きい第2の開閉弁66が開かれた場合には、コンプレッサ用マップの出力値に所定の値が上乗せされて、希釈器26に流入するカソード排ガスが増量された。しかし、アノード排ガスを排出する開口が大きくなってアノード排ガスの量が多くなったときに、カソード排ガスの量をふやす方法は、他の方法であってもよい。
22…燃料電池
23…水素タンク
24…エアコンプレッサ
26…希釈器
27…気液分離器
28…マスフロメータ
29…ラジエータ
30…負荷装置
35…電流計
36…電圧計
37…インピーダンス計
40…冷却部
41…冷却水路
42…冷却ポンプ
43…温度センサ
50…第1の開閉弁
60…水素ガス供給路
62…圧力調整弁
63…アノード排ガス路
64…気液排出路
66…第2の開閉弁
67…酸化ガス供給路
68…カソード排ガス路
70…制御部
Claims (4)
- 燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池から排出される燃料排ガスが流れる燃料排ガス流路と、
前記燃料排ガス流路上に設けられ、前記燃料排ガスに含まれる水蒸気を凝縮するための気液分離器と、
開閉可能な開口を有し、前記燃料排ガスの少なくとも一部を前記開口を通じて前記燃料排ガス流路の外に排出できる排気部であって、前記開口が開状態にあるときの圧損係数を変えることができる排気部と、
前記燃料電池システムの制御を行う制御部と、を備え、
前記排気部は、
前記気液分離器の底部に設けられ、開閉可能な第1の開口を有する第1の排気弁と、
前記気液分離器の側面において前記第1の排気弁よりも上に設けられ、開閉可能で前記第1の開口よりも面積が大きい第2の開口を有する第2の排気弁と、
を有し、
前記制御部は、
前記燃料電池内でフラッディングが生じていないと判定した場合に実行される第1の運転モードと、
前記燃料電池内でフラッディングが生じていると判定した場合に実行される運転モードであって、前記第1の運転モードよりも前記開状態における前記排気部の圧損係数が小さい第2の運転モードと、を有し、
前記第2の運転モードにおいては、前記第2の排気弁を使用する、燃料電池システム。 - 請求項1記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記燃料電池の出力電圧を測定する電圧測定部と、
前記燃料電池のインピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、を備え、
前記制御部は、
前記出力電圧が所定のしきい値電圧よりも低く、前記インピーダンスが所定のしきい値インピーダンスよりも低い場合に、前記フラッディングが生じていると判定する、燃料電池システム。 - 請求項1または2記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記燃料電池に酸化ガスを送る酸化ガス送出部と、
前記燃料電池から排出された前記酸化ガスである酸化排ガスの少なくとも一部と、前記排気部から排出される前記燃料排ガスと、を混合する希釈部と、を備え、
前記制御部は、
前記第2の運転モードにおいて前記排気部から前記燃料排ガスが排出されているときに、前記第1の運転モードにおいて前記排気部から前記燃料排ガスが排出されているときよりも多くの前記酸化ガスを前記燃料電池に送るように前記酸化ガス送出部を制御する、燃料電池システム。 - 燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池システムは、
燃料電池と、
前記燃料電池から排出される燃料排ガスが流れる燃料排ガス流路と、
前記燃料排ガス流路上に設けられ、前記燃料排ガスに含まれる水蒸気を凝縮するための気液分離器と、
開閉可能な開口を有し、前記燃料排ガスの少なくとも一部を前記開口を通じて前記燃料排ガス流路の外に排出できる排気部であって、前記開口が開状態にあるときの圧損係数を変えることができる排気部と、を備え、
前記排気部は、
前記気液分離器の底部に設けられ、開閉可能な第1の開口を有する第1の排気弁と、
前記気液分離器の側面において前記第1の排気弁よりも上に設けられ、開閉可能で前記第1の開口よりも面積が大きい第2の開口を有する第2の排気弁と、
を有し、
前記方法は、
(a)前記燃料電池内でフラッディングが生じていないと判定した場合に、第1の運転モードによる前記燃料電池システムの運転を行う工程と、
(b)前記燃料電池内でフラッディングが生じていると判定した場合に、前記第1の運転モードよりも前記開状態における前記排気部の圧損係数が小さい第2の運転モードによる前記燃料電池システムの運転を行う工程と、を備え、
前記第2の運転モードにおいては、前記第2の排気弁を使用する、
方法。
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