JP5142006B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
図1は、燃料電池システム1の構成図である。
本実施形態の燃料電池システム1は、燃料電池自動車(FCHV)、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両に搭載することができるが、もちろん車両のみならず各種移動体(例えば、船舶や飛行機、ロボットなど)や定置型電源にも適用可能である。
燃料電池2の各単セル80は、電解質膜81と、この電解質膜81を挟持するアノード及びカソードを備えている。水素(H2)を含む燃料ガスはアノードに供給され、酸素(O2)を含む酸化ガスはカソードに供給される。アノードへ燃料ガスが供給されると、下記式(1)の反応が進行して、水素が水素イオンと電子に乖離する。アノードで生成された水素イオンは電解質膜81を透過してカソードへ移動する一方、電子はアノードから外部回路を通ってカソードへ移動する。
アノード: H2 →2H+ + 2e- ・・・(1)
カソード: 2H+ + 2e- + (1/2)O2 → H2O ・・・(2)
カソード: 2H+ + 2e- → H2 ・・・(3)
システム停止時には、制御装置7は、燃料電池2内の水分を外部に排出する掃気処理を実行する。例えば、カソード系統(酸化ガス配管系3)の掃気処理は、燃料電池2への水素ガスの供給を停止した状態で、コンプレッサ14の駆動によって酸化ガスを酸化ガス流路2aに供給して、酸化ガス流路2aに残る生成水を含む水分を排出路12へと排出することで行われる。この掃気処理によって、背圧調整弁16内に残る生成水も基本的には排出路12の下流へと排出される。
例えば車両100の運転手によるイグニッションスイッチのON操作等によって、燃料電池システム1が起動すると、制御装置7は、低効率運転を行うか否かを判定する。外気温センサ51による外気温が比較的高く、又は、燃料電池2の温度が比較的高く、そのために燃料電池2の暖機が不要と判断される場合には、制御装置7は、起動直後から通常運転が行われるように燃料電池システム1を制御する。
次に、図4を参照して、第2実施形態に係る燃料電池システム1について相違点を中心に説明する。第1実施形態との相違点は、バイパス弁18及び絞り弁19の組合せに代えて、ロータリー弁300を供給側接続部Bに設けたことである。なお、第1実施形態と同一となる第2実施形態の構成要素については、第1実施形態と同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
システム停止時には、制御装置7は、背圧調整弁16が少なくとも開弁状態であるように、又は背圧調整弁16が所定の開度に固定されるように制御する。この所定の開度は、全開以外であることが好ましい。
Claims (12)
- 燃料電池に供給される酸化ガスが流れる供給路と、
前記燃料電池から排出される酸化オフガスが流れる排出路と、
前記酸化ガスが前記燃料電池をバイパスして流れるように、前記供給路と前記排出路とを接続するバイパス路と、
前記排出路と前記バイパス路との排出側接続部よりも上流側の前記排出路に設けられた調圧弁と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記供給路と前記バイパス路との供給側接続部に設けられ、前記燃料電池及び前記バイパス路への酸化ガスの通流を制御する通流制御手段を備え、
前記調圧弁は、当該燃料電池システムの起動時に酸化ガスが前記バイパス路を流れる際に開弁状態であるように、当該燃料電池システムの停止時に開弁状態に設定されるものであり、
前記通流制御手段は、酸化ガスの一部を前記バイパス路に分流することで前記燃料電池への酸化ガス流量を制御可能に構成されている、燃料電池システム。 - 前記通流制御手段は、ロータリー弁である、請求項1に記載の燃料電池システム。
- 前記通流制御手段は、当該燃料電池システムの起動時に、酸化ガスの一部を前記バイパス路に分流する一方、当該燃料電池システムの通常の運転時に、前記バイパス路への酸化ガスの分流を遮断する、請求項1又は2に記載の燃料電池システム。
- 前記通流制御手段は、当該燃料電池システムの起動時であって所定の低温時にのみ、酸化ガスの一部を前記バイパス路に分流する、請求項3に記載の燃料電池システム。
- 前記通流制御手段は、当該燃料電池システムの通常運転に比して電力損失の大きな低効率運転を行う際に、酸化ガスの一部を前記バイパス路に分流する、請求項1又は2に記載の燃料電池システム。
- 前記低効率運転は、所定の低温時にのみ行われる、請求項5に記載の燃料電池システム。
- 燃料電池に供給される酸化ガスが流れる供給路と、
前記燃料電池から排出される酸化オフガスが流れる排出路と、
前記酸化ガスが前記燃料電池をバイパスして流れるように、前記供給路と前記排出路とを接続するバイパス路と、
前記排出路と前記バイパス路との排出側接続部よりも上流側の前記排出路に設けられた調圧弁と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記バイパス路を開閉するバイパス弁と、
前記供給路と前記バイパス路との供給側接続部よりも下流側の前記供給路に設けられた絞り弁と、
当該燃料電池システムの起動時において前記バイパス弁が開弁中のときには前記調圧弁が開弁状態であるように、当該燃料電池システムの停止時に当該調圧弁を開弁状態に設定する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記バイパス弁が開弁中のときには、前記調圧弁を制御しない一方で前記絞り弁を制御することで前記燃料電池への酸化ガス流量を制御する、燃料電池システム。 - 前記絞り弁よりも下流側の前記供給路に設けられ、酸化ガスを加湿する加湿器を更に備えた、請求項7に記載の燃料電池システム。
- 前記制御装置は、当該燃料電池システムの起動時に前記バイパス弁を開弁する一方、当該燃料電池システムの通常の運転時に前記バイパス弁を閉弁する、請求項7又は8に記載の燃料電池システム。
- 前記制御装置は、当該燃料電池システムの起動時であって所定の低温時にのみ、前記バイパス弁を開弁する、請求項9に記載の燃料電池システム。
- 前記制御装置は、当該燃料電池システムの通常運転に比して電力損失の大きな低効率運転を行う際、前記バイパス弁を開弁する、請求項7又は8に記載の燃料電池システム。
- 前記低効率運転は、所定の低温時にのみ行われる、請求項11に記載の燃料電池システム。
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