JP5164020B2 - Fuel cell system and starting method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池システムおよびその始動方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、燃料電池システムの始動時における処理の改良に関する。 The present invention relates to a fuel cell system and a starting method thereof. More specifically, the present invention relates to an improvement in processing at the start-up of the fuel cell system.
一般に、燃料電池(例えば固体高分子型燃料電池)は電解質をセパレータで挟んだセルを複数積層することによって構成されている。また、このような燃料電池に加え、当該燃料電池に反応ガス(水素ガスや空気)を給排するための配管系、電力を充放電する電力系、システム全体を統括制御する制御系などによって燃料電池システムが構成されている。 In general, a fuel cell (for example, a polymer electrolyte fuel cell) is configured by stacking a plurality of cells each having an electrolyte sandwiched between separators. In addition to such a fuel cell, fuel is supplied by a piping system for supplying and discharging reaction gas (hydrogen gas and air) to the fuel cell, a power system for charging and discharging power, a control system for overall control of the system, and the like. A battery system is configured.
このような燃料電池システムには、システム始動時、いわゆる始動時検査(始動チェック)が行われているものがある(例えば、特許文献1参照)。始動時検査では、例えばシステム始動時に水素ガスの圧力低下を監視し、当該水素ガスの漏れを検出すること等が行われている。 Some of such fuel cell systems undergo a so-called start-up inspection (start-up check) when the system is started (see, for example, Patent Document 1). In the start-up inspection, for example, the pressure drop of hydrogen gas is monitored at the time of system start-up, and leakage of the hydrogen gas is detected.
ところで、かかる始動時検査中に電流が消費されると、これに応じて燃料(水素ガス)が消費され圧力が低下することから水素漏れの誤検出につながるおそれがある。一方、始動時検査中に電流を流さないようにすると、燃料供給開始から始動時検査完了までの間、燃料電池が開放電圧または開路電圧(OCV)となり劣化が進むおそれがある(ちなみに、一般的な燃料電池では電流が増大すると電圧が低下する傾向にあり、特に、燃料電池電流が小さくなり0に達したときの燃料電池電圧を本明細書では開放電圧と呼ぶ)。このような、水素漏れの誤検出と燃料電池の劣化という問題を同時に解決しうる処理の一つとしては、水素漏れ検出が完了してから燃料電池に空気を供給して開放電圧状態とならないようにするというものが挙げられる。
しかしながら、上記のような処理は、システムの始動時に時間を要してしまう。 However, such processing takes time when the system is started.
そこで、本発明は、水素漏れの誤検出と燃料電池の劣化とを抑制しつつ、システム始動時に要する時間の短縮化を可能とした燃料電池システムおよびその始動方法を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a fuel cell system and a start method thereof that can reduce the time required for starting the system while suppressing erroneous detection of hydrogen leakage and deterioration of the fuel cell.
かかる課題を解決するべく本発明者は種々の検討を行った。例えば燃料電池への空気供給がコンプレッサにより行われている場合、当該コンプレッサを始動してから空気供給量が規定量に到達するまでにある程度の時間を要する。また、上述のようにこの操作は水素漏れ検出の完了後に行われるため、システム始動に要する時間がその分長くなる。これらの観点から始動時間の短縮化に着目して検討を重ねた本発明者はかかる課題の解決に結び付く新たな知見を得るに至った。 In order to solve this problem, the present inventor has made various studies. For example, when air is supplied to the fuel cell by a compressor, a certain amount of time is required until the air supply reaches a specified amount after the compressor is started. Further, as described above, since this operation is performed after the completion of the hydrogen leak detection, the time required for starting the system is increased accordingly. From these viewpoints, the present inventor who has repeatedly studied focusing on shortening the start-up time has obtained new knowledge that leads to the solution of such problems.
本発明にかかる燃料電池システムの始動方法はかかる知見に基づくものであり、燃料ガスおよび酸化ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、該燃料電池に酸化ガスを供給するための酸化ガス供給路と、該酸化ガス供給路に酸化ガスを送り込む酸化ガス供給装置と、燃料電池から酸化オフガスを排出するための酸化オフガス排出路と、酸化ガス供給路に設けられた酸化ガス供給路遮断弁と、酸化オフガス排出路に設けられた酸化オフガス排出路遮断弁と、酸化ガス供給路および酸化オフガス排出路を接続する酸化ガスバイパス流路と、該酸化ガスバイパス流路に設けられた燃料電池バイパス弁と、を備えた燃料電池システムにおける当該システムの始動方法であって、システムの始動時、酸化ガス供給路遮断弁および酸化オフガス排出路遮断弁を閉じるとともに燃料電池バイパス弁を開いておき、酸化ガス供給装置により送り込む酸化ガスを酸化ガスバイパス流路にバイパスさせ、当該システムの始動時検査を行い、該始動時検査の完了後、酸化ガス供給路遮断弁および酸化オフガス排出路遮断弁を開き、燃料電池バイパス弁を閉じ、酸化ガスを燃料電池に供給する、というものである。 The starting method of the fuel cell system according to the present invention is based on such knowledge, and includes a fuel cell that generates electric power by an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidizing gas, and an oxidizing gas supply path for supplying the oxidizing gas to the fuel cell. An oxidizing gas supply device for sending an oxidizing gas to the oxidizing gas supply path, an oxidizing off gas discharge path for discharging the oxidizing off gas from the fuel cell, an oxidizing gas supply path cutoff valve provided in the oxidizing gas supply path, An oxidation off-gas discharge passage cutoff valve provided in the oxidation off-gas discharge passage, an oxidation gas bypass passage connecting the oxidation gas supply passage and the oxidation off-gas discharge passage, and a fuel cell bypass valve provided in the oxidation gas bypass passage; A start method of the system in a fuel cell system comprising: an oxidant gas supply passage shut-off valve and an oxidant off-gas exhaust when the system is started Close the shutoff valve and open the fuel cell bypass valve, bypass the oxidant gas fed by the oxidant gas supply device to the oxidant gas bypass flow path, perform the start-up inspection of the system, and complete the start-up inspection. The gas supply path shut-off valve and the oxidizing off-gas discharge path shut-off valve are opened, the fuel cell bypass valve is closed, and the oxidizing gas is supplied to the fuel cell.
この始動方法においては、燃料電池へ向けて送り込まれる供給酸化ガス(例えば空気)を酸化ガスバイパス流路へとバイパスさせた状態下で始動時検査を行う。これによれば、燃料電池で電気化学反応が起こるのを回避し、始動時検査中における電流消費および燃料(水素ガス)の消費を抑えられるから、これに伴う圧力低下を抑え、水素漏れの誤検出を回避することができる。また、供給酸化ガスをバイパスさせた状態で始動時検査を行って電気化学反応が起こるのを回避し、当該始動時検査が完了してから燃料電池に酸化ガスを供給することで、当該燃料電池が開放電圧状態となるのを回避することができる。 In this start-up method, the start-up inspection is performed in a state where supply oxidant gas (for example, air) sent to the fuel cell is bypassed to the oxidant gas bypass passage. According to this, it is possible to avoid an electrochemical reaction in the fuel cell and to suppress current consumption and fuel (hydrogen gas) consumption during start-up inspection. Detection can be avoided. In addition, the start-up inspection is performed in a state where the supply oxidizing gas is bypassed to avoid the occurrence of an electrochemical reaction, and after the start-up inspection is completed, the oxidizing gas is supplied to the fuel cell. Can be prevented from becoming an open circuit voltage state.
しかも、本発明にかかる始動方法においては、始動時検査中、酸化ガスをバイパスさせつつ酸化ガス供給装置を作動させ続けている。このため、始動時検査の完了後、酸化ガスの経路を切り替えれば、燃料電池への供給量が比較的短時間のうち規定流量に到達する。したがって、システムの始動時に要する処理時間を短縮することが可能である。 Moreover, in the starting method according to the present invention, the oxidizing gas supply device is continuously operated while bypassing the oxidizing gas during the start-up inspection. For this reason, if the oxidizing gas path is switched after completion of the start-up inspection, the supply amount to the fuel cell reaches the specified flow rate within a relatively short time. Therefore, it is possible to shorten the processing time required for starting the system.
上述の始動方法における始動時検査は、例えば当該燃料電池システムにおいて燃料ガスの漏れが生じているかどうかを検出するものである。この場合、燃料ガスの漏れを、当該燃料ガスの圧力低下の監視結果に基づいて検査することが好ましい。 The start-up inspection in the above-described start method detects, for example, whether or not fuel gas leaks in the fuel cell system. In this case, it is preferable to inspect the leakage of the fuel gas based on the monitoring result of the pressure drop of the fuel gas.
また、本発明にかかる燃料電池システムは、燃料ガスおよび酸化ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、該燃料電池に酸化ガスを供給するための酸化ガス供給路と、該酸化ガス供給路に酸化ガスを送り込む酸化ガス供給装置と、燃料電池から酸化オフガスを排出するための酸化オフガス排出路と、酸化ガス供給路に設けられた酸化ガス供給路遮断弁と、酸化オフガス排出路に設けられた酸化オフガス排出路遮断弁と、酸化ガス供給路および酸化オフガス排出路を接続する酸化ガスバイパス流路と、該酸化ガスバイパス流路に設けられた燃料電池バイパス弁と、を備え、当該システムの始動時、酸化ガス供給路遮断弁および酸化オフガス排出路遮断弁は閉じられるとともに燃料電池バイパス弁は開かれ、酸化ガス供給装置により送り込まれる酸化ガスが酸化ガスバイパス流路にバイパスした状態とされ、当該システムの始動時検査の完了後、酸化ガス供給路遮断弁および酸化オフガス排出路遮断弁が開かれ、燃料電池バイパス弁が閉じられ、酸化ガスが燃料電池に供給されるように制御される、というものである。 In addition, a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell that generates power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas, an oxidizing gas supply path for supplying the oxidizing gas to the fuel cell, and an oxidizing gas supply path. An oxidant gas supply device for sending oxidant gas, an oxidant off gas discharge passage for discharging the oxidant off gas from the fuel cell, an oxidant gas supply passage shut-off valve provided in the oxidant gas supply passage, and an oxidant off gas discharge passage. An oxidant-off gas discharge passage shut-off valve, an oxidant gas bypass passage connecting the oxidant gas supply passage and the oxidant off-gas exhaust passage, and a fuel cell bypass valve provided in the oxidant gas bypass passage, and starting the system At that time, the oxidant gas supply path shut-off valve and the oxidant off-gas exhaust path shut-off valve are closed and the fuel cell bypass valve is opened and fed by the oxidant gas supply device The oxidant gas is bypassed to the oxidant gas bypass flow path, and after completion of the system start-up inspection, the oxidant gas supply path shut-off valve and the oxidant off-gas discharge path shut-off valve are opened, and the fuel cell bypass valve is closed. The oxidant gas is controlled to be supplied to the fuel cell.
本発明によれば、水素漏れの誤検出と燃料電池の劣化とを抑制しつつ、システム始動時に要する時間の短縮化が可能となる。 According to the present invention, it is possible to reduce the time required for system startup while suppressing erroneous detection of hydrogen leakage and deterioration of the fuel cell.
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。以下においては、燃料電池2などによって構成される燃料電池システム1の全体構成についてまず説明し、その後、この燃料電池システム1における始動時検査のための構成や処理内容について説明することとする。
Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on an example of an embodiment shown in the drawings. In the following, the overall configuration of the
図1に燃料電池システム1の概略構成を示す。この燃料電池システム1は例えば燃料電池車両(FCHV;Fuel Cell Hybrid Vehicle)の車載発電システムとして適用可能なものであるが特にこれに限られることなく、この他、各種移動体(例えば船舶や飛行機など)やロボットなどといった自走可能なものに搭載される発電システムとしても適用することが可能である。
FIG. 1 shows a schematic configuration of the
本実施形態における燃料電池システム1は、反応ガス(酸化ガスおよび燃料ガス)の供給を受けて電気化学反応により電力を発生する燃料電池2と、酸化ガスとしての空気を燃料電池2に供給する酸化ガス配管系3と、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池2に供給する燃料ガス配管系4と、燃料電池2に冷媒を供給して当該燃料電池2を冷却する冷媒配管系5と、システムの電力を充放電する電力系6と、システム全体を統括制御する制御部7と、を備えている。
The
燃料電池2は例えば高分子電解質形燃料電池であり、多数の単セルを積層したスタック構造となっている。単セルは、イオン交換膜からなる電解質の一方の面に空気極を有し、他方の面に燃料極を有し、さらに空気極および燃料極を両側から挟み込むように一対のセパレータを有する構造となっている。この場合、一方のセパレータの燃料ガス流路に燃料ガスが供給され、他方のセパレータの酸化ガス流路に酸化ガスが供給され、さらにこれら各反応ガスが化学反応を生じることによって電力が生じる。また、この燃料電池2には発電中の電流を検出する電流センサ2aが取り付けられている(図1参照)。
The
酸化ガス配管系3は、燃料電池2に供給される酸化ガスが流れる空気供給流路11と、燃料電池2から排出された酸化オフガスが流れる排気流路12と、を有している。空気供給流路11には、フィルタ13を介して酸化ガスを取り込む酸化ガス供給装置としてのエアコンプレッサ14と、エアコンプレッサ14により圧送される酸化ガスを加湿する加湿器15と、が設けられている。エアコンプレッサ14は、図示されていないモータの駆動により大気中の酸化ガスを取り込む。また、排気流路12を流れる酸化オフガスは、背圧調整弁16を通って加湿器15で水分交換に供された後、最終的に排ガスとしてシステム外の大気中に排気される。
The oxidizing
燃料ガス配管系4は、水素供給源としての燃料タンク21と、燃料タンク21から燃料電池2に供給される水素ガスが流れる水素供給流路22と、燃料電池2から排出された水素オフガス(燃料オフガス)を水素供給流路22の合流点A1に戻すための循環流路23と、循環流路23内の水素オフガスを水素供給流路22に圧送する水素ポンプ24と、循環流路23に分岐接続された排気排水流路25と、を有している。
The fuel
燃料タンク21は例えば高圧タンクや水素吸蔵合金などで構成されて本実施形態における燃料電池車両に複数搭載されているものであり、例えば35MPaの水素ガスを貯留可能に構成されている。後述する遮断弁26を開くと、燃料タンク21から水素供給流路22へと水素ガスが流出する。水素ガスは、後述するレギュレータ27やインジェクタ28により最終的に例えば200kPa程度まで減圧され、燃料電池2に供給される。
The
水素供給流路22には、燃料タンク21からの水素ガスの供給を遮断または許容する遮断弁26と、水素ガスの圧力を調整するレギュレータ27と、インジェクタ28と、が設けられている。また、インジェクタ28の下流側であって水素供給流路22と循環流路23との合流部A1の上流側には、水素供給流路22内の水素ガスの圧力を検出する圧力センサ29が設けられている。さらに、インジェクタ28の上流側には、水素供給流路22内の水素ガスの圧力および温度を検出する圧力センサおよび温度センサ(図示省略)が設けられている。圧力センサ29等で検出された水素ガスのガス状態(圧力、温度)に関する情報は、後述するインジェクタ28のフィードバック制御やパージ制御に用いられる。
The
レギュレータ27は、その上流側圧力(一次圧)を、予め設定した二次圧に調圧する装置である。本実施形態においては、一次圧を減圧する機械式の減圧弁をレギュレータ27として採用している。機械式の減圧弁の構成としては、背圧室と調圧室とがダイアフラムを隔てて形成された筺体を有し、背圧室内の背圧により調圧室内で一次圧を所定の圧力に減圧して二次圧とする公知の構成を採用することができる。
The
インジェクタ28は、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。インジェクタ28は、水素ガス等の気体燃料を噴射する噴射孔を有する弁座を備えるとともに、その気体燃料を噴射孔まで供給案内するノズルボディと、このノズルボディに対して軸線方向(気体流れ方向)に移動可能に収容保持され噴射孔を開閉する弁体と、を備えている。本実施形態においては、このようなインジェクタ28を、水素供給流路22と循環流路23との合流部A1より上流側に配置している(図1参照)。また、図1に破線で示すように、燃料供給源として複数の燃料タンク21が用いられている場合には、これら燃料タンク21から供給される水素ガスが合流する部分(水素ガス合流部A2)よりも下流側に当該インジェクタ28を配置するようにする。
The
循環流路23には、気液分離器30および排気排水弁31を介して、排気排水流路25が接続されている。気液分離器30は、水素オフガスから水分を回収するものである。排気排水弁31は、制御部7の指令を受けて作動することにより、気液分離器30で回収した水分と、循環流路23内の不純物を含む水素オフガス(燃料オフガス)と、を外部に排出(パージ)するものである。この排気排水弁31を開放すると、循環流路23内の水素オフガス中の不純物の濃度が下がり、循環供給される水素オフガス中の水素濃度が上がる。排気排水弁31の上流位置(循環流路23上)および下流位置(排気排水流路25上)には、各々、水素オフガスの圧力を検出する上流側圧力センサ32および下流側圧力センサ33が設けられている。
An exhaust /
冷媒配管系5は、燃料電池2内の冷却流路に連通する冷媒流路41と、冷媒流路41に設けられた冷却ポンプ42と、燃料電池2から排出される冷媒を冷却するラジエータ43と、燃料電池2から排出される冷媒の温度を検出する温度センサ44と、を有している。冷却ポンプ42は、モータ(図示省略)の駆動により、冷媒流路41内の冷媒を燃料電池2に循環供給する。温度センサ44で検出された冷媒の温度(=燃料電池2から排出される水素オフガスの温度)は、後述するパージ制御に用いられる。
The
電力系6は、高圧DC/DCコンバータ61、バッテリ62、トラクションインバータ63、トラクションモータ64、図示されていない各種の補機インバータ等を備えている。高圧DC/DCコンバータ61は、直流の電圧変換器であり、バッテリ62から入力された直流電圧を調整してトラクションインバータ63側に出力する機能と、燃料電池2またはトラクションモータ64から入力された直流電圧を調整してバッテリ62に出力する機能と、を有する。このような高圧DC/DCコンバータ61の機能により、バッテリ62の充放電が実現される。また、高圧DC/DCコンバータ61により、燃料電池2の出力電圧が制御される。
The
バッテリ62は、バッテリセルが積層されて一定の高電圧を端子電圧とし、図示しないバッテリコンピュータの制御によって余剰電力を充電したり補助的に電力を供給したりすることが可能になっている。トラクションインバータ63は、直流電流を三相交流に変換し、トラクションモータ64に供給する。トラクションモータ64は、例えば三相交流モータであり、燃料電池システム1が搭載される燃料電池車両の主動力源を構成する。
The
制御部7は、車両に設けられた加速用の操作部材(アクセル等)の操作量を検出し、加速要求値(例えばトラクションモータ64等の負荷装置からの要求発電量)等の制御情報を受けて、システム内の各種機器の動作を制御する。なお、負荷装置には、トラクションモータ64のほかに、燃料電池2を作動させるために必要な補機装置(例えばエアコンプレッサ14、水素ポンプ24、冷却ポンプ42の各モータ等)、車両の走行に関与する各種装置(変速機、車輪制御部、操舵装置、懸架装置等)で使用されるアクチュエータ、乗員空間の空調装置(エアコン)、照明、オーディオ等を含む電力消費装置が含まれうる。
The control unit 7 detects an operation amount of an operation member (accelerator or the like) for acceleration provided in the vehicle, and receives control information such as an acceleration request value (for example, a required power generation amount from a load device such as the traction motor 64). To control the operation of various devices in the system. In addition to the
このような制御部7は、図示していないコンピュータシステムによって構成されている。かかるコンピュータシステムは、CPU、ROM、RAM、HDD、入出力インタフェースおよびディスプレイ等を備えるものであり、ROMに記録された各種制御プログラムをCPUが読み込んで所望の演算を実行することによりフィードバック制御やパージ制御など種々の処理や制御を行う。 Such a control part 7 is comprised by the computer system which is not shown in figure. Such a computer system is provided with a CPU, ROM, RAM, HDD, input / output interface, display, and the like. The CPU reads various control programs recorded in the ROM and executes desired calculations to perform feedback control and purge. Various processes and controls such as control are performed.
続いて、以上のような燃料電池システム1において始動時検査を行うための構成や処理内容について説明する(図2〜図4参照)。
Next, the configuration and processing contents for performing the start-up inspection in the
燃料電池システム1の酸化ガス配管系3には、空気供給流路(酸化ガス供給路)11と排気流路(酸化オフガス排出路)12とを結ぶ酸化ガスバイパス流路8が設けられている。また、酸化ガスバイパス流路8には、当該酸化ガスバイパス流路8を開閉する燃料電池バイパス弁17が設けられている(図2参照)。また、空気供給流路11には入口遮断弁(酸化ガス供給路遮断弁)18、排気流路12には出口遮断弁(酸化オフガス排出路遮断弁)19がそれぞれ設けられている(図2参照)。入口遮断弁18は空気供給流路11を遮断することができる遮断弁であり、出口遮断弁19は排気流路12を遮断することができる遮断弁である。これら各種弁(燃料電池バイパス弁17、入口遮断弁18、出口遮断弁19)の開度を調整することにより、空気供給流路11および酸化ガスバイパス流路8を流れる酸化ガスの流量(流量比)を調整し、燃料電池2への酸化ガスの供給量を適宜変えることができる。
The oxidizing
なお、符号82は、上述した燃料電池バイパス弁17および入口遮断弁18による流路切換えのタイミングを計測するための装置として空気供給流路11上に設けられた湿度センサ82である。湿度センサ82は例えば入口遮断弁18と燃料電池2との間に設けられており、加湿器15における湿度(あるいは15から燃料電池2に至るまでの流路における湿度)を検出することが可能となっている。
また、特に図示していないが、本実施形態の燃料電池システム1はFCリレーを含む。FCリレーは、制御部7による制御のもと、燃料電池2と上述の各種負荷装置との接続/非接続の切り換えを行う。
Although not particularly shown, the
続いて、上述した構成の燃料電池システム1における始動時検査時の処理内容を説明する(図3参照)。
Next, processing contents at the time of start-up inspection in the
燃料電池システム1の始動時、始動時検査に伴う処理を開始する(ステップS1)。このとき、まず、燃料電池バイパス弁17を開き、入口遮断弁(酸化ガス供給路遮断弁)18および出口遮断弁(酸化オフガス排出路遮断弁)19を閉じ(ステップS2)、エアコンプレッサ14により送り込まれる酸化ガスを酸化ガスバイパス流路8によりバイパスさせる。
When the
次に、当該燃料電池システム1の始動時検査を行う(ステップS3)。始動時検査は、例えば当該燃料電池システム1において燃料ガスの漏れが生じているかどうかを検出するものである。燃料ガスの漏れは、圧力センサ29等による、当該燃料ガスの圧力低下の監視結果に基づいて検査することができる。
Next, the start-up inspection of the
始動時検査の完了後(ステップS4においてYES)、燃料電池バイパス弁17を閉じ、入口遮断弁18および出口遮断弁19を開き(ステップS5)、酸化ガスを燃料電池2に供給する。これにて、燃料電池システム1の始動時検査に伴う処理を終了する(ステップS6)。
After completion of the start-up inspection (YES in step S4), the fuel
また、以上の処理内容をタイムチャートを用いて説明すると以下のとおりである(図4参照)。 Further, the above processing contents will be described with reference to a time chart (see FIG. 4).
まず、始動指令を受ける前の段階の燃料電池システム1において、燃料電池2の電圧(FC電圧)は0であり、水素供給は行われていない。また、空気供給系統に関し、入口遮断弁(図4中の入口SV)18、出口遮断弁(図4中の出口SV)19、燃料電池バイパス弁(図4中のFCバイパス弁)17はいずれも閉じた状態にあり、エアコンプレッサ14は作動していない。また、燃料電池2と各種負荷装置との接続/非接続の切り換えを行うFCリレーは開いており、制御部7からの電圧指令は0Vである。始動チェックは開始していない。
First, in the
ここで、始動指令を受けた燃料電池システム1は、始動時検査(始動チェック)を開始する。このとき、遮断弁26等を開いて水素供給を開示する。また、入口遮断弁(入口SV)18、出口遮断弁(出口SV)19を閉じたままで燃料電池バイパス弁(FCバイパス弁)17を開き、エアコンプレッサ14の作動を始め、酸化ガスバイパス流路8を経て酸化ガスをバイパスさせる。また、これら動作と同時にFCリレーを閉じる。
Here, the
始動時検査が完了したら、入口遮断弁(入口SV)18と出口遮断弁(出口SV)19を開き、その後、燃料電池バイパス弁(FCバイパス弁)17を閉じる。これにより酸化ガスの供給路が切り換わり、燃料電池2へと当該酸化ガスが供給され、電気化学反応により燃料電池2の電圧(FC電圧)が立ち上がる。
When the start-up inspection is completed, the inlet cutoff valve (inlet SV) 18 and the outlet cutoff valve (outlet SV) 19 are opened, and then the fuel cell bypass valve (FC bypass valve) 17 is closed. As a result, the supply path of the oxidizing gas is switched, the oxidizing gas is supplied to the
上述のタイムチャートに従った本実施形態の始動方法によれば、燃料電池2へ向けて送り込まれる供給酸化ガス(空気)を酸化ガスバイパス流路8へとバイパスさせた状態下で始動時検査(始動チェック)を行うから、燃料電池2で電気化学反応が起こるのを回避し、始動時検査中における電流消費および水素ガスの消費を抑えられる。したがって、水素ガス消費に伴う圧力低下を抑え、水素漏れの誤検出を回避することができる。
According to the starting method of the present embodiment in accordance with the above-described time chart, the start-up inspection (with the supply oxidizing gas (air) sent toward the
また、本実施形態では始動時検査中は酸化ガスをバイパスさせた状態として電気化学反応が起こるのを回避しつつ、始動時検査が完了すれば各弁を切り換え酸化ガスを燃料電池2へと即座に送り込むようにしている。つまり、例えば水素漏れ検出が完了した後で酸化ガス(空気)を供給しているので、当該燃料電池2における開放電圧を抑制することが可能である(図4中の(a)参照)。
Further, in the present embodiment, during the start-up inspection, the oxidation gas is bypassed to avoid an electrochemical reaction, and when the start-up inspection is completed, the valves are switched and the oxidant gas is immediately sent to the
しかも、本実施形態の始動方法においては、始動時検査中、酸化ガスをバイパスさせつつエアコンプレッサ14を作動させ続けている。このため、始動時検査の完了後、酸化ガスの経路を切り替えることで燃料電池2への酸化ガス供給量を比較的短時間のうちに規定流量へと到達させることができる。したがって、空気(エア)供給の遅れを生じさせないようにし、システム始動時に要する処理時間を短縮することが可能である(図4中の(b)参照)。
Moreover, in the starting method of the present embodiment, the
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば本実施形態では加湿器15の手前側(燃料電池2とは反対側)に酸化ガスバイパス流路8を配置した例を示したがこれは一例にすぎず、当該酸化バイパス流路8の配置や接続の仕方は特に限定されることはない。
The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the present embodiment, the example in which the oxidizing
1…燃料電池システム、2…燃料電池、8…酸化ガスバイパス流路、11…空気供給流路(酸化ガス供給路)、12…排気流路(酸化オフガス排出路)、14…エアコンプレッサ(酸化ガス供給装置)、17…燃料電池バイパス弁、18…入口遮断弁(酸化ガス供給路遮断弁)、19…出口遮断弁(酸化オフガス排出路遮断弁)
DESCRIPTION OF
Claims (4)
を備えた燃料電池システムにおける当該システムの始動方法であって、
システムの始動時、前記酸化ガス供給路遮断弁および酸化オフガス排出路遮断弁を閉じるとともに前記燃料電池バイパス弁を開いておき、
前記酸化ガス供給装置により送り込む酸化ガスを前記酸化ガスバイパス流路にバイパスさせ、
当該システムにおいて前記燃料ガスの漏れが生じているかどうかを検出するための始動時検査を行い、
該始動時検査の完了後、前記酸化ガス供給路遮断弁および酸化オフガス排出路遮断弁を開き、前記燃料電池バイパス弁を閉じ、酸化ガスを前記燃料電池に供給する
燃料電池システムの始動方法。 A fuel cell that generates electric power by an electrochemical reaction of fuel gas and oxidant gas; an oxidant gas supply passage for supplying oxidant gas to the fuel cell; an oxidant gas supply device that feeds oxidant gas into the oxidant gas supply passage; An oxidation off-gas discharge path for discharging the oxidation off-gas from the fuel cell; an oxidation gas supply path cutoff valve provided in the oxidation gas supply path; and an oxidation off-gas discharge path cutoff valve provided in the oxidation off-gas discharge path; An oxidizing gas bypass passage connecting the oxidizing gas supply passage and the oxidizing off-gas discharge passage; a fuel cell bypass valve provided in the oxidizing gas bypass passage;
A method for starting the system in a fuel cell system comprising:
When starting the system, close the oxidizing gas supply passage shutoff valve and the oxidizing offgas discharge passage shutoff valve and open the fuel cell bypass valve,
Bypass the oxidizing gas fed by the oxidizing gas supply device to the oxidizing gas bypass flow path,
Performing a start-up test to detect whether the fuel gas is leaking in the system;
A fuel cell system starting method for opening an oxidizing gas supply passage shut-off valve and an oxidizing off-gas discharge passage shut-off valve, closing the fuel cell bypass valve, and supplying oxidizing gas to the fuel cell after completion of the start-up inspection.
当該システムの始動時、前記酸化ガス供給路遮断弁および酸化オフガス排出路遮断弁は閉じられるとともに前記燃料電池バイパス弁は開かれ、前記酸化ガス供給装置により送り込まれる酸化ガスが前記酸化ガスバイパス流路にバイパスした状態とされ、当該システムにおいて前記燃料ガスの漏れが生じているかどうかを検出するための始動時検査の完了後、前記酸化ガス供給路遮断弁および酸化オフガス排出路遮断弁が開かれ、前記燃料電池バイパス弁が閉じられ、酸化ガスが前記燃料電池に供給されるように制御される
燃料電池システム。 A fuel cell that generates electric power by an electrochemical reaction of fuel gas and oxidant gas; an oxidant gas supply passage for supplying oxidant gas to the fuel cell; an oxidant gas supply device that feeds oxidant gas into the oxidant gas supply passage; An oxidation off-gas discharge path for discharging the oxidation off-gas from the fuel cell; an oxidation gas supply path cutoff valve provided in the oxidation gas supply path; and an oxidation off-gas discharge path cutoff valve provided in the oxidation off-gas discharge path; An oxidizing gas bypass passage connecting the oxidizing gas supply passage and the oxidizing off-gas discharge passage, and a fuel cell bypass valve provided in the oxidizing gas bypass passage,
At the time of starting the system, the oxidizing gas supply passage cutoff valve and the oxidizing off gas discharge passage cutoff valve are closed, the fuel cell bypass valve is opened, and the oxidizing gas fed by the oxidizing gas supply device is supplied to the oxidizing gas bypass passage. And after completion of the start-up inspection for detecting whether or not the fuel gas leaks in the system , the oxidizing gas supply passage shut-off valve and the oxidizing off-gas discharge passage shut-off valve are opened, A fuel cell system that is controlled so that the fuel cell bypass valve is closed and oxidant gas is supplied to the fuel cell.
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