JP5098191B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell system.
従来、燃料電池は発電効率が高く、有害物質を排出しないので、産業用、家庭用の発電装置として、又は、人工衛星や宇宙船などの動力源として実用化されてきたが、近年は、乗用車、バス、トラック、乗用カート、荷物用カート等の車両用の動力源として開発が進んでいる。そして、前記燃料電池は、アルカリ水溶液型(AFC)、リン酸型(PAFC)、溶融炭酸塩型(MCFC)、固体酸化物型(SOFC)、直接型メタノール(DMFC)等のものであってもよいが、固体高分子型燃料電池(PEMFC)が一般的である。 Conventionally, since fuel cells have high power generation efficiency and do not emit harmful substances, they have been put into practical use as power generators for industrial and household use, or as power sources for artificial satellites and spacecrafts. Development is progressing as a power source for vehicles such as buses, trucks, passenger carts, and luggage carts. The fuel cell may be of an alkaline aqueous solution type (AFC), phosphoric acid type (PAFC), molten carbonate type (MCFC), solid oxide type (SOFC), direct methanol (DMFC), or the like. Although good, a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) is common.
この場合、固体高分子電解質膜を2枚のガス拡散電極で挟み、一体化させて接合する。そして、該ガス拡散電極の一方を燃料極(アノード極)とし、その表面に燃料としての水素ガスを供給すると、水素が水素イオン(プロトン)と電子とに分解され、水素イオンが固体高分子電解質膜を透過する。また、前記ガス拡散電極の他方を酸素極(カソード極)とし、その表面に酸化剤としての空気を供給すると、空気中の酸素と、前記水素イオン及び電子とが結合して、水が生成される。このような電気化学反応によって起電力が生じるようになっている。 In this case, the solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between two gas diffusion electrodes and integrated to join. When one of the gas diffusion electrodes is used as a fuel electrode (anode electrode) and hydrogen gas as fuel is supplied to the surface thereof, hydrogen is decomposed into hydrogen ions (protons) and electrons, and the hydrogen ions are converted into a solid polymer electrolyte. Permeates the membrane. Further, when the other of the gas diffusion electrodes is an oxygen electrode (cathode electrode) and air as an oxidant is supplied to the surface, oxygen in the air is combined with the hydrogen ions and electrons to generate water. The An electromotive force is generated by such an electrochemical reaction.
そして、燃料電池を停止する場合には水素の供給を停止するようになっている。この場合、そのまま放置しておくと、水素が少しずつ消費され続けるので、燃料電池内における燃料極側の水素ガスの圧力が徐々に低下する。ここで、該水素ガスの圧力が大気圧以下になると、酸素極側の空気がMEA(Membrane Electrode Assembly:膜電極接合体)を透過して燃料極側に移動するので、該燃料極側は水素と空気(酸素)との混合状態となる。そして、燃料極側における酸素濃度が一定値以上となると、MEAにおいて電位シフトが発生して1.2〔V〕以上の高電位状態となり、触媒粒子が溶出し、燃料電池の性能が低下してしまう。 And when stopping a fuel cell, supply of hydrogen is stopped. In this case, if left as it is, hydrogen continues to be consumed little by little, and the pressure of the hydrogen gas on the fuel electrode side in the fuel cell gradually decreases. Here, when the pressure of the hydrogen gas becomes atmospheric pressure or less, the oxygen electrode side air passes through the MEA (Membrane Electrode Assembly) and moves to the fuel electrode side. And air (oxygen) are mixed. When the oxygen concentration on the fuel electrode side exceeds a certain value, a potential shift occurs in the MEA, resulting in a high potential state of 1.2 [V] or more, catalyst particles are eluted, and the performance of the fuel cell is degraded. End up.
そこで、電位シフトの発生を防止するために、窒素等の不活性ガスによってパージを行うことも考えられるが、この場合、不活性ガスの供給源を車両に搭載する必要があり、システムが複雑、かつ、大型になってしまう。そのため、燃料電池内における燃料極側を減圧して空気を急速に導入することによって、水素と空気(酸素)との混合状態になる時間を短くする技術が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 Therefore, in order to prevent the occurrence of potential shift, purging with an inert gas such as nitrogen may be considered, but in this case, it is necessary to mount an inert gas supply source on the vehicle, and the system is complicated. And it becomes large. For this reason, a technique has been proposed in which the time required for a mixed state of hydrogen and air (oxygen) is shortened by reducing the pressure on the fuel electrode side in the fuel cell and rapidly introducing air (for example, Patent Document 1). reference.).
図2は従来の燃料電池システムの構成を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a conventional fuel cell system.
図には、燃料電池スタック111に水素ガスを供給する装置が示されている。水素ガスは、燃料タンク113から、第1燃料供給管路114及び第2燃料供給管路115を通って、燃料電池スタック111に供給される。そして、前記第1燃料供給管路114には、燃料タンク元開閉弁121、減圧弁122及び燃料供給電磁弁123が配設される。また、前記第2燃料供給管路115には、安全弁125及び圧力センサ124が配設される。
In the figure, an apparatus for supplying hydrogen gas to the
そして、燃料電池スタック111の出口から未反応成分として排出される水素ガスは、第1燃料排出管路116を通って燃料電池スタック111の外部に排出される。前記第1燃料排出管路116には、水位計が付属する水回収トラップ126が配設されている。そして、該水回収トラップ126には水と分離された水素ガスを排出する第2燃料排出管路117が接続され、該第2燃料排出管路117には循環減圧ポンプ127及び水素循環電磁弁128が配設されている。また、前記第2燃料排出管路117における水回収トラップ126側と反対側の端部は、第2燃料供給管路115に接続されている。これにより、燃料電池スタック111の外部に排出された水素ガスを回収し、燃料電池スタック111に供給して再利用することができる。
Then, hydrogen gas discharged as an unreacted component from the outlet of the
また、前記水回収トラップ126には、第3燃料排出管路131が接続され、該第3燃料排出管路131には排気電磁弁141が配設され、燃料電池スタック111の起動時に燃料ガス流路から排出される水素ガスを大気中に排出することができるようになっている。なお、第3燃料排出管路131の出口端は空気排気マニホールド112に接続され、燃料ガス循環経路より排出された水素を空気によって希釈させることが望ましい。
Further, a third
さらに、前記第2燃料排出管路117における循環減圧ポンプ127と水素循環電磁弁128との間には、他端が第3燃料排出管路131に接続された第4燃料排出管路132が接続されている。そして、該第4燃料排出管路132には、燃料電池スタック111内を減圧する際に開となる減圧水素排出弁142が配設されている。また、前記第2燃料供給管路115には、外気導入管路118が接続されている。そして、該外気導入管路118には、外気導入電磁弁129及びエアフィルタ130が配設され、燃料電池スタック111の停止時に外気を導入することができるようになっている。
しかしながら、前記従来の燃料電池システムにおいては、燃料電池スタック111の起動及び停止時に循環減圧ポンプ127によって燃料電池スタック111内を減圧するようになっているが、水素ガスが循環する管路内の湿度が高いと、循環減圧ポンプ127に水滴が混入し、燃料電池スタック111内を十分に減圧することができなくなってしまうことがある。
However, in the conventional fuel cell system, when the
図3は従来の循環減圧ポンプの構成を示す模式図、図4は従来の循環減圧ポンプにおける水分が多い場合の逆止弁の動作を示す模式図、図5は従来の循環減圧ポンプにおける減圧能力を示すグラフである。 FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of a conventional circulating pressure reducing pump, FIG. 4 is a schematic diagram showing the operation of a check valve when water is high in the conventional circulating pressure reducing pump, and FIG. 5 is a pressure reducing capacity of the conventional circulating pressure reducing pump. It is a graph which shows.
図3に示されるように、循環減圧ポンプ127は、往復式真空ポンプであり、吸引室152の一側壁にダイヤフラム153が配設され、該ダイヤフラム153を往復動させることによって吸引室152の容積を変化させて吸気及び排気を行う。なお、前記ダイヤフラム153は、モータによって回転させられるクランクシャフト154に接続されたコネクティングロッド155により往復動させられる。また、吸引室152のダイヤフラム153と反対側の壁には吸気管161及び排気管162が接続され、さらに、前記吸気管161と吸引室152との境界には吸気用逆止弁163が配設され、前記排気管162と吸引室152との境界には排気用逆止弁164が配設されている。
As shown in FIG. 3, the circulation
前記吸気用逆止弁163及び排気用逆止弁164は、主としてゴムを材料とする柔軟性を備えた板部材であり、図4に示されるように、一端が吸引室152の壁面に固定されて揺動し、他端、すなわち、自由端が前記壁面に形成された第1ストッパ部165及び第2ストッパ部166に当接することによって、吸気管161及び排気管162を選択的に閉止する。これにより、図3及び4において実線の矢印で示されるように、吸気管161内を流れる水素ガスの流れは吸引室152内に流入する方向に限定され、また、排気管162内を流れる水素ガスの流れは吸引室152外へ流出する方向に限定される。
The
ところが、水素ガスが循環する管路内の湿度が高い場合には、循環減圧ポンプ127に水滴が混入し、第1ストッパ部165及び第2ストッパ部166に付着してしまうことがある。図4における169は、第1ストッパ部165及び第2ストッパ部166に付着した付着水滴を示している。そして、該付着水滴169が存在すると、吸気用逆止弁163及び排気用逆止弁164と第1ストッパ部165及び第2ストッパ部166との密着性を保持することができなくなり、図4において破線の矢印で示されるように、逆流が生じてしまう。すると、循環減圧ポンプ127の能力が低下し、燃料電池スタック111内を十分に減圧することができなくなってしまう。
However, when the humidity in the pipe through which the hydrogen gas circulates is high, water droplets may enter the
すなわち、水分が少ない場合には、図5において線Aで示されるように、燃料電池スタック111内の圧力が循環減圧ポンプ127の運転時間の経過に伴って減少し、目標減圧レベル以下の値となる。これに対し、水分が多い場合には、循環減圧ポンプ127の能力が低下するので、図5において線Bで示されるように、燃料電池スタック111内の圧力が目標減圧レベル以下の値にならなくなってしまう。
That is, when the moisture is low, as indicated by line A in FIG. 5, the pressure in the
本発明は、前記従来の燃料電池システムの問題点を解決して、燃料ガス循環経路に配設された第1減圧ポンプと、前記燃料ガス循環経路外の管路に配設された第2減圧ポンプとによって燃料電池スタックの燃料ガス流路内の燃料ガス又は置換ガスを吸引して排出するようにして、起動又は停止時に燃料ガス流路内の燃料ガス又は置換ガスを迅速に、かつ、確実に排出することができ、起動時間又は停止時間を短縮することができ、燃料ガス流路において水素と酸素とが混合状態にならず、停止回数が多くても、電位シフトが発生せず、性能の低下を防止することができ、長寿命化することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention solves the problems of the conventional fuel cell system, and includes a first decompression pump disposed in a fuel gas circulation path and a second decompression disposed in a pipe line outside the fuel gas circulation path. The fuel gas or the replacement gas in the fuel gas flow path of the fuel cell stack is sucked and discharged by the pump, so that the fuel gas or the replacement gas in the fuel gas flow path can be quickly and reliably at the time of starting or stopping. The start-up time or stop time can be shortened, hydrogen and oxygen are not mixed in the fuel gas flow path, and even if the number of stops is large, no potential shift occurs and the performance It is an object of the present invention to provide a fuel cell system that can prevent the deterioration of the battery and extend the life.
そのために、本発明の燃料電池システムにおいては、電解質層を燃料極と酸素極とで挟持した燃料電池が、前記燃料極に沿って燃料ガス流路が形成されたセパレータを挟んで積層されている燃料電池スタックと、前記燃料ガス流路の入口及び出口に接続され、燃料ガスを循環させる燃料ガス循環経路と、該燃料ガス循環経路に配設された第1減圧ポンプと、前記燃料ガス循環経路から分岐して燃料ガスを大気中に排出するための燃料ガス排出管路に配設された第2減圧ポンプと、定常運転中は前記第1減圧ポンプを作動させて燃料ガスを循環させ、システムの起動命令又は停止命令を受けると前記第2減圧ポンプを作動させ、前記第1減圧ポンプ及び第2減圧ポンプによって前記燃料ガス流路内の燃料ガス又は置換ガスを吸引して排出させる制御装置とを有する。 Therefore, in the fuel cell system of the present invention, a fuel cell in which an electrolyte layer is sandwiched between a fuel electrode and an oxygen electrode is laminated with a separator having a fuel gas flow path formed along the fuel electrode. A fuel cell stack; a fuel gas circulation path connected to an inlet and an outlet of the fuel gas flow path for circulating the fuel gas; a first pressure reducing pump disposed in the fuel gas circulation path; and the fuel gas circulation path A second pressure reducing pump disposed in a fuel gas discharge line for branching from the fuel gas into the atmosphere, and operating the first pressure reducing pump during steady operation to circulate the fuel gas. When the start command or the stop command is received, the second pressure reducing pump is operated, and the fuel gas or the replacement gas in the fuel gas flow path is sucked and discharged by the first pressure reducing pump and the second pressure reducing pump. And a control device.
本発明の他の燃料電池システムにおいては、さらに、前記燃料ガス流路内から吸引されて排出される燃料ガス又は置換ガスの流路上において、前記第1減圧ポンプ及び第2減圧ポンプは直列に配列される。 In another fuel cell system of the present invention, the first pressure reducing pump and the second pressure reducing pump are arranged in series on the flow path of the fuel gas or the replacement gas sucked and discharged from the fuel gas flow path. Is done.
本発明の更に他の燃料電池システムにおいては、さらに、前記第1減圧ポンプ及び第2減圧ポンプは逆止弁を備える。 In still another fuel cell system of the present invention, the first pressure reducing pump and the second pressure reducing pump further include a check valve.
本発明によれば、燃料電池システムにおいては、電解質層を燃料極と酸素極とで挟持した燃料電池が、前記燃料極に沿って燃料ガス流路が形成されたセパレータを挟んで積層されている燃料電池スタックと、前記燃料ガス流路の入口及び出口に接続され、燃料ガスを循環させる燃料ガス循環経路と、該燃料ガス循環経路に配設された第1減圧ポンプと、前記燃料ガス循環経路から分岐して燃料ガスを大気中に排出するための燃料ガス排出管路に配設された第2減圧ポンプと、定常運転中は前記第1減圧ポンプを作動させて燃料ガスを循環させ、システムの起動命令又は停止命令を受けると前記第2減圧ポンプを作動させ、前記第1減圧ポンプ及び第2減圧ポンプによって前記燃料ガス流路内の燃料ガス又は置換ガスを吸引して排出させる制御装置とを有する。
According to the present invention, in a fuel cell system, a fuel cell in which an electrolyte layer is sandwiched between a fuel electrode and an oxygen electrode is laminated with a separator having a fuel gas flow path formed along the fuel electrode. A fuel cell stack; a fuel gas circulation path connected to an inlet and an outlet of the fuel gas flow path for circulating the fuel gas; a first pressure reducing pump disposed in the fuel gas circulation path; and the fuel gas circulation path A second pressure reducing pump disposed in a fuel gas discharge line for branching from the fuel gas into the atmosphere, and operating the first pressure reducing pump during steady operation to circulate the fuel gas. When the start command or the stop command is received, the second pressure reducing pump is operated, and the fuel gas or the replacement gas in the fuel gas flow path is sucked and discharged by the first pressure reducing pump and the second pressure reducing pump. And a location.
この場合、起動又は停止時に燃料ガス流路内の燃料ガス又は置換ガスを迅速に、かつ、確実に排出することができるので、起動時間又は停止時間を短縮することができる。そのため、燃料ガス流路において水素と酸素とが混合状態にならず、停止回数が多くても、電位シフトが発生しない。したがって、燃料電池スタックの性能の低下を防止することができ、燃料電池スタックを長寿命化することができる。また、燃料ガス流路内や燃料ガス循環経路内の湿度が高い場合であっても、燃料ガス流路内の燃料ガス又は置換ガスを迅速に、かつ、確実に排出することができる。 In this case, since the fuel gas or the replacement gas in the fuel gas flow path can be quickly and reliably discharged at the time of starting or stopping, the starting time or stopping time can be shortened. Therefore, hydrogen and oxygen are not mixed in the fuel gas channel, and no potential shift occurs even if the number of stops is large. Accordingly, it is possible to prevent the performance of the fuel cell stack from being lowered, and to extend the life of the fuel cell stack. Moreover, even when the humidity in the fuel gas flow path or the fuel gas circulation path is high, the fuel gas or the replacement gas in the fuel gas flow path can be quickly and reliably discharged.
他の燃料電池システムにおいては、さらに、前記燃料ガス流路内から吸引されて排出される燃料ガス又は置換ガスの流路上において、前記第1減圧ポンプ及び第2減圧ポンプは直列に配列される。 In another fuel cell system, the first pressure reducing pump and the second pressure reducing pump are arranged in series on the flow path of the fuel gas or the replacement gas sucked and discharged from the fuel gas flow path.
この場合、第1減圧ポンプから排出された燃料ガス又は置換ガスの流れが、第2減圧ポンプに流入するので、該第2減圧ポンプにおける逆流は抑制され、むしろ第2減圧ポンプによる減圧が加速される。これにより、減圧能力が向上し、燃料ガス流路内の湿度が高くても、燃料ガス流路内を十分に減圧することができる。 In this case, since the flow of the fuel gas or the replacement gas discharged from the first pressure reducing pump flows into the second pressure reducing pump, the backflow in the second pressure reducing pump is suppressed, and rather the pressure reducing by the second pressure reducing pump is accelerated. The Thereby, the decompression capability is improved, and the inside of the fuel gas channel can be sufficiently decompressed even if the humidity in the fuel gas channel is high.
更に他の燃料電池システムにおいては、さらに、前記第1減圧ポンプ及び第2減圧ポンプは逆止弁を備える。 In still another fuel cell system, the first pressure reducing pump and the second pressure reducing pump further include a check valve.
この場合、逆止弁によって燃料ガス又は置換ガスの流れを適切に制御することができ減圧能力が向上する。 In this case, the flow of the fuel gas or the replacement gas can be appropriately controlled by the check valve, and the pressure reduction capability is improved.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は本発明の実施の形態における燃料電池スタックの構成を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
図において、11は燃料電池(FC)としての燃料電池スタックであり、乗用車、バス、トラック、乗用カート、荷物用カート等の車両用の動力源として使用される。ここで、前記車両は、照明装置、ラジオ、パワーウィンドウ等の車両の停車中にも使用される電気を消費する補機類を多数備えており、また、走行パターンが多様であり、動力源に要求される出力範囲が極めて広いので、動力源としての燃料電池スタック11と図示されない蓄電手段としての二次電池、キャパシタ等とを併用して使用することが望ましい。
In the figure,
そして、燃料電池スタック11は、アルカリ水溶液型、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体酸化物型、直接型メタノール等のものであってもよいが、固体高分子型燃料電池であることが望ましい。
The
なお、更に望ましくは、水素ガスを燃料ガス、すなわち、アノードガスとし、酸素又は空気を酸化剤、すなわち、カソードガスとするPEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)型燃料電池、又は、PEM(Proton Exchange Membrane)型燃料電池と呼ばれるものである。ここで、該PEM型燃料電池は、一般的に、プロトン等のイオンを透過する電解質層としての固体高分子電解質膜の両側に触媒、電極及びセパレータを結合した燃料電池としてのセル(Fuel Cell)を複数及び直列に結合したスタック(Stack)から成る。 More preferably, PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) type fuel cell or PEM (Proton Exchange Membrane) using hydrogen gas as fuel gas, that is, anode gas, and oxygen or air as oxidant, that is, cathode gas. ) Type fuel cell. Here, the PEM fuel cell is generally a fuel cell in which a catalyst, an electrode, and a separator are combined on both sides of a solid polymer electrolyte membrane as an electrolyte layer that transmits ions such as protons. Are composed of a plurality of stacks connected in series.
この場合、固体高分子電解質膜を2枚のガス拡散電極で挟み、一体化させて接合する。そして、該ガス拡散電極の一方を燃料極(アノード極)とし、該燃料極表面に接する燃料ガス流路を介し前記燃料極に燃料ガス、すなわち、アノードガスとしての水素ガスを供給すると、水素が水素イオン(プロトン)と電子とに分解され、水素イオンが固体高分子電解質膜を透過する。また、前記ガス拡散電極の他方を酸素極(カソード極)とし、該酸素極表面に接する空気流路を介し前記酸素極に酸化ガス、すなわち、カソードガスとしての空気を供給すると、空気中の酸素、前記水素イオン及び電子が結合して、水が生成される。このような電気化学反応によって起電力が生じるようになっている。 In this case, the solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between two gas diffusion electrodes and integrated to join. Then, when one of the gas diffusion electrodes is used as a fuel electrode (anode electrode) and a fuel gas, that is, hydrogen gas as an anode gas, is supplied to the fuel electrode through a fuel gas flow channel in contact with the surface of the fuel electrode, It is decomposed into hydrogen ions (protons) and electrons, and the hydrogen ions permeate the solid polymer electrolyte membrane. Further, when the other of the gas diffusion electrodes is an oxygen electrode (cathode electrode) and an oxidizing gas, that is, air as a cathode gas, is supplied to the oxygen electrode through an air passage in contact with the surface of the oxygen electrode, oxygen in the air The hydrogen ions and electrons combine to produce water. An electromotive force is generated by such an electrochemical reaction.
そして、図には、燃料電池スタック11に燃料ガスとしての水素ガスを供給する装置が示される。なお、図示されない改質装置によってメタノール、ガソリン等を改質して取り出した燃料である水素ガスを燃料電池スタック11に直接供給することもできるが、車両の高負荷運転時にも安定して十分な量の水素ガスを供給することができるようにするためには、燃料源13に貯蔵した水素ガスを供給することが望ましい。これにより、該水素ガスがほぼ一定の圧力で、常に、十分に供給されるので、前記燃料電池スタック11は車両の負荷の変動に遅れることなく追随して、必要な電流を供給することができる。この場合、前記燃料電池スタック11の出力インピーダンスは極めて低く、0に近似することが可能である。
In the figure, an apparatus for supplying hydrogen gas as fuel gas to the
水素ガスは、水素吸蔵合金を収納した容器、デカリンのような水素吸蔵液体を収納した容器、水素ガスボンベ等の燃料源13から、燃料供給管路としての第1燃料供給管路14、及び、該第1燃料供給管路14に接続された燃料供給管路としての第2燃料供給管路15を通って、燃料電池スタック11の燃料ガス流路の入口に供給される。そして、前記第1燃料供給管路14には、燃料源元開閉弁21、レギュレータとしての減圧弁22、燃料供給電磁弁23及び圧力センサ24が配設される。また、前記第2燃料供給管路15には、パージ弁としての安全弁25が配設される。この場合、前記燃料源13は、十分に大きな容量を有し、常に、十分に高い圧力の水素ガスを供給することができる能力を有するものである。
Hydrogen gas is stored in a container containing a hydrogen storage alloy, a container containing a hydrogen storage liquid such as decalin, a first
そして、燃料電池スタック11の燃料ガス流路の出口から未反応成分として排出される水素ガスは、燃料ガス排出管路としての第1燃料排出管路16を通って燃料電池スタック11の外部に排出される。前記第1燃料排出管路16には、水素ガスから水を回収して収容する回収容器としての水回収トラップ26が配設されている。なお、前記水回収トラップ26は水位計を備え、回収された水の量を測定することができる。そして、該水回収トラップ26には水と分離された水素ガスを排出する燃料ガス排出管路としての第2燃料排出管路17が接続され、該第2燃料排出管路17には第1減圧ポンプとしての水素循環減圧ポンプ27が配設されている。また、前記第2燃料排出管路17には水素循環電磁弁28が配設されている。また、前記第2燃料排出管路17における水回収トラップ26側と反対側の端部は、第2燃料供給管路15に接続されている。これにより、燃料電池スタック11の外部に排出された水素ガスを回収し、燃料電池スタック11の燃料ガス流路に供給して再利用することができる。すなわち、第2燃料供給管路15、第1燃料排出管路16及び第2燃料排出管路17は、燃料ガス循環経路を構成する。そして、前記水素循環減圧ポンプ27は、水回収トラップ26及び水素循環電磁弁28と同様に、前記燃料ガス循環経路に配設されている。
Then, hydrogen gas discharged as an unreacted component from the outlet of the fuel gas flow path of the
また、前記水回収トラップ26には、燃料ガス排出管路としての第3燃料排出管路31が接続され、該第3燃料排出管路31には排気電磁弁41が配設され、燃料電池スタック11の起動時に燃料ガス流路から排出される水素ガスを大気中に排出することができるようになっている。なお、第3燃料排出管路31の出口端は空気排気マニホールド12に接続され、燃料ガス循環経路より排出された水素を空気によって希釈させることが望ましい。該空気排気マニホールド12は、燃料電池スタック11の空気流路に供給され酸化剤としての空気を前記空気流路から排出するための通路である。また、第3燃料排出管路31に、必要に応じて水素燃焼器を配設することもできる。該水素燃焼器によって排出される水素ガスを燃焼させ、水にしてから大気中に排出することができる。
The
さらに、前記第2燃料排出管路17における水素循環減圧ポンプ27と水素循環電磁弁28との間には、他端が第3燃料排出管路31における排気電磁弁41より下流側に接続された燃料ガス排出管路としての第4燃料排出管路32が接続されている。そして、該第4燃料排出管路32には、燃料電池スタック11の燃料ガス流路内を減圧する際に開となる減圧水素排出弁42、及び、第2減圧ポンプとしての減圧専用ポンプ43が配設されている。すなわち、該減圧専用ポンプ43は、前記燃料ガス循環経路外であって、該燃料ガス循環経路に接続された燃料ガス排出管路に配設されている。
Further, the other end of the second fuel discharge conduit 17 is connected to the downstream side of the
また、前記第2燃料排出管路17における第2燃料供給管路15への接続部と水素循環電磁弁28との間には、外気導入管路18が接続されている。そして、該外気導入管路18には、外気導入電磁弁29及びエアフィルタ30が配設され、燃料電池スタック11の停止時に外気を燃料ガス流路に導入することができるようになっている。
In addition, an outside
ここで、前記減圧弁22は、バタフライバルブ、レギュレータバルブ、ダイヤフラム式バルブ、マスフローコントローラ、シーケンスバルブ等のものであるが、前記減圧弁22の出口から流出する水素ガスの圧力をあらかじめ設定した圧力に調整することができるものであれば、いかなる種類のものであってもよい。なお、前記圧力の調整は、手動によってなされてもよいが、電気モータ、パルスモータ、電磁石等から成るアクチュエータによってなされることが望ましい。
Here, the
また、前記燃料供給電磁弁23、水素循環電磁弁28、排気電磁弁41、減圧水素排出弁42及び外気導入電磁弁29は、いわゆる、オン−オフ式のものであり、電気モータ、パルスモータ、電磁石等から成るアクチュエータによって作動させられる。なお、前記燃料源元開閉弁21は手動又は電磁石を用いて自動的に作動させられる。
The fuel
そして、前記水素循環減圧ポンプ27及び減圧専用ポンプ43は、燃料電池スタック11の燃料ガス流路内の水素ガスを吸引して前記燃料ガス流路内の圧力を大気圧以下に減圧することができるポンプであればいかなる種類のものであってもよいが、ここでは、「発明が解決しようとする課題」において説明した図3に示されるような循環減圧ポンプ127と同様の構成を有する往復式真空ポンプであるものとする。また、水素循環減圧ポンプ27と減圧専用ポンプ43とは、相違する構成を有するものであってもよいが、ここでは、同一の構成を有するものであるとする。
The hydrogen
一方、酸化剤としての空気は、図示されない酸化剤供給源から、燃料電池スタック11の空気流路に供給される。なお、酸化剤として、空気に代えて酸素を使用することもできる。そして、空気流路から排出される空気は、マニホールドとしての空気排気マニホールド12を通って大気中へ排出される。
On the other hand, air as an oxidant is supplied to an air flow path of the
なお、本実施の形態において、燃料電池システムは制御装置として、図示されないFCコントロールECU(Electronic Control Unit)を有する。前記制御装置は、CPU、MPU等の演算手段、磁気ディスク、半導体メモリ等の記憶手段、入出力インターフェイス等を備え、圧力センサ24等の各種のセンサから燃料電池スタック11の燃料ガス流路及び空気流路に供給される水素、酸素、空気等の流量、温度、出力電圧等を検出して、前記酸化剤供給源、減圧弁22、燃料供給電磁弁23、水素循環電磁弁28、水素循環減圧ポンプ27、外気導入電磁弁29、排気電磁弁41、減圧水素排出弁42、減圧専用ポンプ43等の動作を制御する。さらに、前記FCコントロールECUは、車両に配設された他のセンサ、及び、車両の制御手段としての図示されないEV(Electric Vehicle)コントロールECUと連携して、燃料電池スタック11に燃料及び酸化剤を供給するすべての装置の動作を統括的に制御する。
In the present embodiment, the fuel cell system has an FC control ECU (Electronic Control Unit) (not shown) as a control device. The control device includes a calculation means such as a CPU and MPU, a storage means such as a magnetic disk and a semiconductor memory, an input / output interface, and the like. From various sensors such as the
次に、前記構成の燃料電池システムの動作について説明する。まず、定常運転における動作について説明する。 Next, the operation of the fuel cell system having the above configuration will be described. First, the operation in steady operation will be described.
本実施の形態の燃料電池システムにおける定常運転時には、燃料供給電磁弁23は開き、水素循環減圧ポンプ27は作動し、水素循環電磁弁28は開き、外気導入電磁弁29は閉じ、排気電磁弁41は閉じ、減圧水素排出弁42は閉じ、減圧専用ポンプ43は停止している。そして、減圧弁22の出口から流出する水素ガスの圧力をあらかじめ設定した一定の圧力に調整した後、前記減圧弁22は燃料電池システムの運転中には調整されることがなく、そのままの状態が保持される。また、酸化剤供給源は、燃料電池の出力電流に応じてあらかじめ設定された空気が供給されるように作動する。この場合、供給される空気の量は、燃料電池スタック11の出力が最大となるために必要な空気の量よりも十分に多い量である。
During steady operation in the fuel cell system of the present embodiment, the fuel
そして、燃料電池スタック11が運転を開始すると、該燃料電池スタック11を構成する各単位セルにおいて逆拡散水が発生し、該逆拡散水が固体高分子電解質膜を透過して燃料ガス流路にまで達し、前記固体高分子電解質膜の燃料極側を加湿する。これにより、該固体高分子電解質膜の燃料極側は湿潤な状態となり、電気化学反応によって水素から生成された水素イオンが固体高分子電解質膜内をスムーズに移動することができる。
When the
また、前記燃料ガス流路に供給されて余剰となった未反応成分としての水素ガスは、前記燃料ガス流路にまで浸透して余剰となった逆拡散水と混合して、気液混合物となる。該気液混合物となった水素ガスは、水素循環減圧ポンプ27によって吸引され、燃料電池スタック11に接続された第1燃料排出管路16を通って前記燃料電池スタック11の外部に排出される。そして、前記気液混合物は、第1燃料排出管路16を通過して水回収トラップ26内に導入される。そして、比較的広い空間を備える前記水回収トラップ26内に滞留することによって、重量物である水分が重力によって下方に落下し、水素ガスから逆拡散水が分離する。該逆拡散水が分離した水素ガスは、第2燃料排出管路17から水回収トラップ26外に排出される。
Further, the hydrogen gas as an unreacted component that is supplied to the fuel gas flow path and surplus is mixed with the back-diffused water that has permeated into the fuel gas flow path and becomes surplus, and a gas-liquid mixture Become. The hydrogen gas that has become the gas-liquid mixture is sucked by the hydrogen
そして、定常運転においては、水回収トラップ26外に排出された水素ガスは、開いた状態になっている水素循環電磁弁28を通過して、第2燃料供給管路15に導入され、再び、燃料電池スタック11の燃料ガス流路に供給されて再利用される。
In steady operation, the hydrogen gas discharged out of the
次に、燃料電池システムを起動する際の動作について説明する。 Next, the operation when starting the fuel cell system will be described.
図6は本発明の実施の形態における減圧専用ポンプの逆止弁の動作を示す模式図、図7は本発明の実施の形態における水素循環減圧ポンプ及び減圧専用ポンプの減圧能力を示す図、図8は本発明の実施の形態における燃料電池システムを起動する際の動作を示すフローチャートである。 FIG. 6 is a schematic diagram showing the operation of the check valve of the decompression dedicated pump in the embodiment of the present invention. FIG. 7 is a diagram showing the decompression capability of the hydrogen circulation decompression pump and the decompression dedicated pump in the embodiment of the present invention. 8 is a flowchart showing an operation when starting the fuel cell system according to the embodiment of the present invention.
まず、車両の運転者が図示されないメインスイッチのキー挿入スロットに挿入されたキーを回転させ、回転位置をONにすると、燃料電池システムの制御装置にシステムの起動命令が伝えられ、燃料電池システムを起動する動作が開始される。なお、起動前の状態において、燃料供給電磁弁23は閉じ、水素循環減圧ポンプ27はOFF、すなわち、停止し、水素循環電磁弁28は閉じ、外気導入電磁弁29は閉じ、排気電磁弁41は閉じ、減圧水素排出弁42は閉じ、減圧専用ポンプ43はOFF、すなわち、停止している。また、燃料電池スタック11の燃料ガス流路内には、システムの停止時に水素ガスの置換ガスとして用いた空気が充満している。
First, when a vehicle driver rotates a key inserted in a key insertion slot of a main switch (not shown) and turns the rotation position to ON, a system start command is transmitted to the control device of the fuel cell system, and the fuel cell system is The starting operation is started. In the state before starting, the fuel
そして、前記制御装置は、まず、減圧水素排出弁42を開き(ステップS1)、水素循環減圧ポンプ27をONにして作動させ(ステップS2)、減圧専用ポンプ43をONにして作動させる(ステップS3)。これにより、燃料電池スタック11の燃料ガス流路内の空気を第3燃料排出管路31及び第4燃料排出管路32を介して排出する。また、第2燃料供給管路15、第1燃料排出管路16、第2燃料排出管路17、水素循環電磁弁28及び水回収トラップ26内の空気も排出される。すなわち、燃料ガス流路内の空気とともに、燃料ガス循環経路内の空気も水素循環減圧ポンプ27及び減圧専用ポンプ43によって排出される。この場合、前記水素循環減圧ポンプ27及び減圧専用ポンプ43は、前記燃料ガス流路内から吸引されて排出される空気の流路上において直列に配列された状態となって作動している。
The control device first opens the decompression hydrogen discharge valve 42 (step S1), turns on and operates the hydrogen circulation decompression pump 27 (step S2), and turns on and operates the decompression dedicated pump 43 (step S3). ). Thereby, the air in the fuel gas flow path of the
ところで、前記燃料ガス流路及び燃料ガス循環経路内の湿度が高い場合には、水素循環減圧ポンプ27及び減圧専用ポンプ43に水滴が混入し、逆止弁の弁座としてのストッパ部に付着してしまうことがある。ここでは、水素循環減圧ポンプ27及び減圧専用ポンプ43が同一の構成を有するので、減圧専用ポンプ43の場合についてのみ説明する。
By the way, when the humidity in the fuel gas flow path and the fuel gas circulation path is high, water droplets enter the hydrogen
図6に示されるように、前記減圧専用ポンプ43は、吸引室43aを有し、該吸引室43aには吸気管43b及び排気管43cが接続されている。そして、前記吸気管43bと吸引室43aとの境界には吸気用逆止弁43dが配設され、排気管43cと吸引室43aとの境界には排気用逆止弁43eが配設されている。ここで、前記吸気用逆止弁43d及び排気用逆止弁43eは、主としてゴムを材料とする柔軟性を備えた板部材であり、一端が吸引室43aの壁面に固定されて揺動し、他端、すなわち、自由端が前記壁面に形成された弁座としての第1ストッパ部43f及び第2ストッパ部43gに当接することによって、吸気管43b及び排気管43cを選択的に閉止する。これにより、図6において実線の矢印で示されるように、吸気管43b内を流れる空気、水素ガス等のガスの流れは吸引室43a内に流入する方向に限定され、また、排気管43c内を流れるガスの流れは吸引室43a外へ流出する方向に限定される。
As shown in FIG. 6, the decompression dedicated
ところが、燃料ガス流路及び燃料ガス循環経路内の湿度が高い場合には、付着水滴46が第1ストッパ部43f及び第2ストッパ部43gに付着してしまうことがある。すると、吸気用逆止弁43d及び排気用逆止弁43eと第1ストッパ部43f及び第2ストッパ部43gとの密着性を保持することができなくなり、図6において破線の矢印で示されるように、逆流が生じてしまう。
However, when the humidity in the fuel gas flow path and the fuel gas circulation path is high, the attached
しかし、本実施の形態においては、減圧水素排出弁42が開き、水素循環減圧ポンプ27及び減圧専用ポンプ43が両方とも作動しているので、水素循環減圧ポンプ27と減圧専用ポンプ43とが直列に接続されて燃料ガス流路及び燃料ガス循環経路内の燃料ガス又は置換ガス、すなわち、ガスを排出しているようになっている。そのため、水素循環減圧ポンプ27から排出されたガスの流れが、図6において矢印αで示されるように、吸気管43bから流入するので、該吸気管43bにおける逆流は抑制され、むしろ減圧専用ポンプ43による減圧が加速されることになる。したがって、燃料ガス流路及び燃料ガス循環経路内の湿度が高くても、燃料ガス流路及び燃料ガス循環経路内を十分に減圧することができる。
However, in this embodiment, since the reduced pressure
図7における線A及びBは、図5における線A及びBと同様のものであり、従来の燃料電池システムにおける減圧能力を示す曲線である。線Bで示されるように、水分が多い場合には圧力が目標減圧レベル以下の値とならないことが分かる。これに対し、本実施の形態における燃料電池システムの減圧能力は、線C及びDで示されている。すなわち、水分が少ない場合には、線Cで示されるように燃料ガス流路及び燃料ガス循環経路内の圧力が急速に減少し、短時間で目標減圧レベル以下の値となる。また、水分が多い場合であっても、線Dで示されるように、短時間で目標減圧レベル以下の値となる。 Lines A and B in FIG. 7 are the same as the lines A and B in FIG. 5, and are curves showing the decompression capability in the conventional fuel cell system. As shown by the line B, it can be seen that the pressure does not become a value equal to or lower than the target decompression level when the water content is high. On the other hand, the decompression capability of the fuel cell system in the present embodiment is indicated by lines C and D. That is, when the moisture is low, the pressure in the fuel gas flow path and the fuel gas circulation path rapidly decreases as indicated by line C, and becomes a value equal to or lower than the target pressure reduction level in a short time. Moreover, even when there is a lot of moisture, as indicated by the line D, it becomes a value equal to or lower than the target decompression level in a short time.
また、前記制御装置は、圧力センサ24が検出した圧力が所定値未満となったか否かの判断を繰り返し(ステップS4)、燃料ガス流路及び燃料ガス循環経路内の圧力を監視する。そして、圧力センサ24が検出した圧力が所定値未満となると、前記制御装置は、減圧水素排出弁42を閉じ(ステップS5)、燃料ガス流路及び燃料ガス循環経路内の空気の排出を停止する。続いて、前記制御装置は、燃料供給電磁弁23を開き(ステップS6)、水素ガスを燃料電池スタック11の燃料ガス流路内へ導入する。この場合、外気導入電磁弁29は閉じた状態であるので、空気が流入することはない。そして、前記制御装置は、排気電磁弁41を開き(ステップS7)、水回収トラップ26内の水をパージするとともに、燃料電池スタック11の燃料ガス流路から流出した水素ガスを第3燃料排出管路31を通して排出する。
The control device repeatedly determines whether or not the pressure detected by the
続いて、前記制御装置は、燃料電池電圧、すなわち、燃料電池スタック11の端子電圧が所定値を超えたか否かの判断を繰り返し(ステップS8)、燃料電池スタック11の端子電圧を監視する。そして、燃料電池スタック11の端子電圧が所定値を超えると、前記制御装置は、排気電磁弁41を閉じ(ステップS9)、減圧専用ポンプ43をOFFにして停止させ(ステップS10)、水素循環電磁弁28を開く(ステップS11)。これにより、燃料電池スタック11の燃料ガス流路内を水素ガスが循環し、燃料電池スタック11の燃料ガス流路内には水素ガスが充満し、定常運転が開始される。
Subsequently, the control device repeatedly determines whether the fuel cell voltage, that is, the terminal voltage of the
次に、燃料電池システムを停止する際の動作について説明する。 Next, an operation when stopping the fuel cell system will be described.
図9は本発明の実施の形態における燃料電池システムを停止する際の動作を示すフローチャートである。 FIG. 9 is a flowchart showing the operation when stopping the fuel cell system in the embodiment of the present invention.
まず、車両の運転者が図示されないメインスイッチのキー挿入スロットに挿入されたキーを回転させ、回転位置をOFFにすると、燃料電池システムの制御装置にシステムの停止命令が伝えられ、定常運転中の燃料電池システムを停止する動作が開始される。なお、前述のように、定常運転の状態において、燃料供給電磁弁23は開き、水素循環減圧ポンプ27はON、すなわち、作動し、水素循環電磁弁28は開き、外気導入電磁弁29は閉じ、排気電磁弁41は閉じ、減圧水素排出弁42は閉じ、減圧専用ポンプ43はOFF、すなわち、停止している。
First, when a vehicle driver rotates a key inserted in a key insertion slot of a main switch (not shown) and turns the rotational position to OFF, a system stop command is transmitted to the control device of the fuel cell system, and the vehicle is in steady operation. The operation for stopping the fuel cell system is started. As described above, in the state of steady operation, the fuel
そして、前記制御装置は、まず、燃料供給電磁弁23を閉じ(ステップS21)、燃料源13からの水素ガスの供給を停止する。続いて、水素循環電磁弁28を閉じ(ステップS22)、燃料ガス循環経路内の水素ガスの循環を停止する。さらに、排気電磁弁41を開き(ステップS23)、水回収トラップ26内の水を排出するとともに、燃料電池スタック11の燃料ガス流路から流出した水素ガスを第3燃料排出管路31を通して排出する。
Then, the control device first closes the fuel supply electromagnetic valve 23 (step S21), and stops the supply of hydrogen gas from the
続いて、前記制御装置は、圧力センサ24が検出した圧力がほぼ0〔kPaG〕となったか否かの判断を繰り返し(ステップS24)、燃料ガス流路及び燃料ガス循環経路内の圧力を監視する。そして、圧力センサ24が検出した圧力がほぼ0〔kPaG〕となると、前記制御装置は、排気電磁弁41を閉じ(ステップS25)、減圧水素排出弁42を開き(ステップS26)、減圧専用ポンプ43をONにして作動させる(ステップS27)。これにより、燃料電池スタック11の燃料ガス流路内の水素ガスを、水素循環減圧ポンプ27及び減圧専用ポンプ43によって、第3燃料排出管路31及び第4燃料排出管路32を介して排出する。また、燃料ガス循環経路内の水素ガスも排出される。
Subsequently, the control device repeatedly determines whether or not the pressure detected by the
続いて、前記制御装置は、圧力センサ24が検出した圧力が所定値未満となったか否かの判断を繰り返し(ステップS28)、燃料ガス流路及び燃料ガス循環経路内の圧力を監視する。そして、圧力センサ24が検出した圧力が所定値未満となると、前記制御装置は、外気導入電磁弁29を開き(ステップS29)、置換ガスとしての空気を燃料ガス流路内へ導入する。この場合、燃料供給電磁弁23は閉じた状態であるので、導入された空気が燃料源13の方へ流入することはない。これにより、燃料電池スタック11の燃料ガス流路内には空気が充満する。なお、前記空気はエアフィルタ30を通過して濾(ろ)過された空気なので、大気中に存在する塵埃(じんあい)、不純物、有害ガス等を含んでいない。したがって、燃料電池スタック11の燃料ガス流路における触媒等の部材が前記塵埃、不純物、有害ガス等によって汚染されたり変質させられることがない。
Subsequently, the control device repeatedly determines whether or not the pressure detected by the
続いて、前記制御装置は、燃料電池電圧、すなわち、燃料電池スタック11の端子電圧が所定値未満となったか否かの判断を繰り返し(ステップS30)、燃料電池スタック11の端子電圧を監視する。なお、前記所定電圧は、燃料電池スタック11の燃料ガス流路に水素ガスが残留しておらず、空気が充満しており、燃料極と空気極との間に実質的に電位差が生じていない状態に対応する電圧である。そして、燃料電池スタック11の端子電圧が所定値未満となると、前記制御装置は、全補機を停止させる(ステップS31)。この場合、水素循環減圧ポンプ27及び減圧専用ポンプ43も停止させ、また、酸化剤供給源も停止させる。これにより、燃料電池スタック11の出力が停止された状態となり、燃料電池システムの停止が完了する。
Subsequently, the control device repeatedly determines whether or not the fuel cell voltage, that is, the terminal voltage of the
このように、本実施の形態において、燃料電池システムは、燃料ガス循環経路に配設された水素循環減圧ポンプ27及び前記燃料ガス循環経路に接続された第4燃料排出管路32に配設された減圧専用ポンプ43を有し、定常運転中は水素循環減圧ポンプ27を作動させて水素ガスを循環させ、システムの起動命令又は停止命令を受けると減圧専用ポンプ43を作動させ、前記水素循環減圧ポンプ27及び減圧専用ポンプ43によって燃料電池スタック11の燃料ガス流路内の水素ガス又は空気を吸引して排出させる。
As described above, in the present embodiment, the fuel cell system is disposed in the hydrogen
そのため、起動又は停止時に燃料ガス流路内の水素ガス又は空気を迅速に排出することができ、起動時間又は停止時間を短縮することができる。これにより、燃料ガス流路において水素と酸素とが混合状態にならず、停止回数が多くても、電位シフトが発生することがない。したがって、燃料電池スタック11の性能の低下を防止することができ、燃料電池スタック11を長寿命化することができる。
Therefore, hydrogen gas or air in the fuel gas channel can be quickly discharged at the time of starting or stopping, and the starting time or stopping time can be shortened. As a result, hydrogen and oxygen are not mixed in the fuel gas flow path, and no potential shift occurs even if the number of stops is large. Therefore, it is possible to prevent the performance of the
また、燃料ガス流路内や燃料ガス循環経路内の湿度が高い場合であっても、燃料ガス流路内の水素ガス又は空気を迅速に、かつ、確実に排出することができる。 Further, even when the humidity in the fuel gas flow path or the fuel gas circulation path is high, the hydrogen gas or air in the fuel gas flow path can be quickly and reliably discharged.
さらに、第4燃料排出管路32に減圧専用ポンプ43を配設するだけなので、燃料電池システムの構成が複雑化することがなく、コストが上昇することがない。さらに、減圧専用ポンプ43が燃料ガス循環経路外に配設されているので、定常運転中は減圧専用ポンプ43を作動させる必要がない。そのため、該減圧専用ポンプ43を作動させるためのエネルギー消費を抑制することができる。なお、定常運転中において水素循環減圧ポンプ27は、水素ガスを循環させる機能を発揮すればよく、高い減圧能力を要求されることがない。そのため、燃料ガス流路内や燃料ガス循環経路内の湿度が高い場合であっても、減圧能力の低下が問題となることがない。
Furthermore, since only the
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can change variously based on the meaning of this invention, and does not exclude them from the scope of the present invention.
11 燃料電池スタック
15 第2燃料供給管路
16 第1燃料排出管路
17 第2燃料排出管路
27 水素循環減圧ポンプ
31 第3燃料排出管路
32 第4燃料排出管路
43 減圧専用ポンプ
11 Fuel cell stack 15 Second fuel supply line 16 First fuel discharge line 17 Second
Claims (3)
前記燃料ガス流路の入口及び出口に接続され、燃料ガスを循環させる燃料ガス循環経路と、
該燃料ガス循環経路に配設された第1減圧ポンプと、
前記燃料ガス循環経路から分岐して燃料ガスを大気中に排出するための燃料ガス排出管路に配設された第2減圧ポンプと、
定常運転中は前記第1減圧ポンプを作動させて燃料ガスを循環させ、システムの起動命令又は停止命令を受けると前記第2減圧ポンプを作動させ、前記第1減圧ポンプ及び第2減圧ポンプによって前記燃料ガス流路内の燃料ガス又は置換ガスを吸引して排出させる制御装置とを有することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell stack in which an electrolyte layer is sandwiched between a fuel electrode and an oxygen electrode, and is stacked with a separator having a fuel gas flow path formed along the fuel electrode;
A fuel gas circulation path connected to the inlet and outlet of the fuel gas flow path for circulating the fuel gas;
A first pressure reducing pump disposed in the fuel gas circulation path;
A second pressure reducing pump disposed in a fuel gas discharge line for branching from the fuel gas circulation path and discharging the fuel gas into the atmosphere ;
During the steady operation, the first pressure reducing pump is operated to circulate the fuel gas. When a system start command or a stop command is received, the second pressure reducing pump is operated, and the first pressure reducing pump and the second pressure reducing pump perform the operation. And a control device for sucking and discharging the fuel gas or the replacement gas in the fuel gas flow path.
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