JP5017917B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
以下において、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。図1から図3は、第1の発明の実施の形態を示している。図1は、本実施の形態の略構成図であり、図2は、同じくフローチャートであり、図3は、同じくタイムチャートである。
次に、図4から図8は、第2の発明の実施の形態を示している。本実施の形態の燃料電池システム10の場合には、上記の図1に示した第1の発明の実施の形態において、燃料電池スタック12の電解質膜の膜抵抗値を測定するための抵抗計測器(図示せず)と、抵抗計測用に燃料電池スタック12に接続した負荷装置(図示せず)とを設けている。その他の燃料電池システムの構成は、上記の図1に示した構成と同様であるため、以下この図1の符号を用いて説明する。
その他の構成および燃料電池システム10の通常発電運転停止後の残留水の掃気方法は、上記の第1の実施の形態の場合と同様であるため、重複する説明は省略する。
また、精度は落ちるものの、膜抵抗値として膜抵抗値R0、R2を測定するのみで、目標残留水量に対応する膜抵抗値RTARとなるまでの掃気残時間を算出することもできる。この場合、予め掃気時の膜抵抗値と時間とのカーブをマッピングしておき、近いものを選択する。あるいは、掃気時のカーブの、膜抵抗値をXとした、時間微分値(dX/dt)をマッピングしておき、相関式で推定する際に、R2における時間微分値(dX/dt)をマップより読み込み、カーブを推定してもよい。
次に、図9は、第3の発明の実施の形態を示している。本実施の形態の燃料電池システム10の場合には、燃料電池の通常発電運転時において、燃料電池スタック12内の残留水量を適切に調節すべく、この燃料電池スタック12内に送る空気の流量を上げる、すなわち掃気する処理を行う。このような本実施の形態の燃料電池システム10の構成自体は、上記の図1で、燃料電池スタック12の電解質膜の膜抵抗値を測定するための図示しない抵抗計測器と、抵抗計測用に燃料電池スタック12に接続した図示しない負荷装置とを設けた構成と同様である。このため、本実施の形態の説明においても、図1と同等部分には同一符号を付して説明する。
次に、図10から図11は、本発明に関連する参考例の1例を示している。本参考例の場合には、上記の図4から図8に示した第2の実施の形態の燃料電池システム10において、冷却水の入口温度を検出する入口温度センサ60(図1参照)と、出口温度を検出する出口温度センサ62(図1参照)とを省略した構成と同様である。このため、以下、図1の符号を用いて説明する。また、本参考例の燃料電池システム10による燃料供給停止後の、燃料電池スタック12内部の掃気方法は、図4および図5でステップS5aおよびステップS5cを省略したものと同様である。すなわち、本参考例においては、上記の各実施の形態の場合と異なり、入口出口温度差から掃気終了のタイミングを判定しない。本参考例の場合には、燃料制御弁24を閉じた時間t0における電解質膜の膜抵抗値R0と、所定の時間経過後t1、t2での電解質膜の膜抵抗値R1、R2とをそれぞれ測定する。そして、時間と膜抵抗値との関数から目標残留水量に対応する目標膜抵抗値に達するまでの掃気残時間を計算し、この掃気残時間に達するまで燃料電池スタック12内に空気を送り込む。
その他の構成および通常発電運転停止後の掃気方法は、上記の第2の実施の形態の場合と同様であるため、重複する説明は省略する。
Claims (7)
- 酸化ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、
燃料電池内に掃気ガスを供給する掃気ガス供給部と、
燃料電池を冷却する冷媒を流す冷媒経路と、
冷媒経路における燃料電池の入口側の入口温度を検出する入口温度センサと、
冷媒経路における燃料電池の出口側の出口温度を検出する出口温度センサと、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
燃料電池の発電運転を停止して、燃料ガスの供給を止めて酸化ガスの供給を継続するとき、または燃料電池の発電運転中で、燃料ガスの供給量に対する酸化ガスの供給量の比を通常運転のときよりも多くするときに、燃料電池内部の残留水分の気化によって、冷媒経路における燃料電池の入口温度よりも出口温度が低くなる条件の下で、燃料電池の入口温度および出口温度の間の差である入口出口温度差として、予め求めた入口出口温度差と残留水量との関係に基づいて、燃料電池内部の残留水量を推定する残留水量推定手段と、
推定された残留水量により掃気ガスの掃気時間を含む掃気条件を決定し、掃気ガス供給部の作動状態を制御する掃気ガス供給制御手段と、
を有する燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、残留水量推定手段は、入口出口温度差の時間変化率が所定値以下になった後に、入口出口温度差により燃料電池内部の残留水量を推定する燃料電池システム。
- 酸化ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、
燃料電池内に掃気ガスを供給する掃気ガス供給部と、
燃料電池を冷却する冷媒を流す冷媒経路と、
この冷媒経路の途中で燃料電池の入口側の入口温度を検出する入口温度センサと、
冷媒流路の途中で燃料電池の出口側の出口温度を検出する出口温度センサと、
燃料電池内の電解質膜の電気的な膜抵抗値を測定する膜抵抗測定手段と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
予め求めた膜抵抗値と残留水量との間の関係と、
燃料電池の発電運転を停止して、燃料ガスの供給を止めて酸化ガスの供給を継続するとき、または燃料電池の発電運転中で、燃料ガスの供給量に対する酸化ガスの供給量の比を通常運転のときよりも多くするときに、燃料電池内部の残留水分の気化によって、冷媒経路における燃料電池の入口温度よりも出口温度が低くなる条件の下で、燃料電池の入口温度および出口温度の間の差である入口出口温度差として、予め求めた入口出口温度差と残留水量との間の関係と、
に基づいて推定された残留水量により、掃気ガスの掃気時間を含む掃気条件を決定し、掃気ガス供給部の作動状態を制御する掃気ガス供給制御手段を有する燃料電池システム。 - 請求項3に記載の燃料電池システムにおいて、燃料電池の燃料ガス供給停止時に、膜抵抗測定手段は、燃料電池内の電解質膜の膜抵抗値を測定し、残留水量推定手段は燃料電池内部の残留水量を推定し、掃気ガス供給制御手段は、掃気ガス供給部を作動させ、掃気ガス供給部の作動状態を制御する燃料電池システム。
- 請求項4に記載の燃料電池システムにおいて、膜抵抗測定手段は、入口出口温度差の時間変化率が所定値以下になった後に、膜抵抗値を測定する燃料電池システム。
- 請求項5に記載の燃料電池システムにおいて、膜抵抗測定手段は、入口出口温度差が所定値以下になった後に、膜抵抗値を測定する燃料電池システム。
- 請求項5に記載の燃料電池システムにおいて、制御部は、複数の時点における膜抵抗値の測定結果により、燃料電池の将来の残留水量を予測し、この予測された将来の残留水量に基づいて、掃気ガス供給部の作動状態を制御する燃料電池システム。
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