JP5185589B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

この発明は、燃料電池システムに関し、特に、燃料ガス供給系に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel gas supply system.

燃料電池システムでは、燃料ガスあるいは酸化剤ガスに含まれる塵埃が加湿器に付着して加湿性能を低下させたり、バルブに付着して噛み込みを起こし作動不良になるのを防止するため、燃料ガス供給路や酸化剤ガス供給路にフィルタを設置し塵埃を除去している(例えば、特許文献1参照)。   In the fuel cell system, in order to prevent dust contained in the fuel gas or oxidant gas from adhering to the humidifier and deteriorating the humidifying performance, or from adhering to the valve and causing biting, malfunctions can be prevented. A filter is installed in the supply path and the oxidant gas supply path to remove dust (see, for example, Patent Document 1).

車両用燃料電池システムの場合、車両に燃料タンク(水素タンク)が搭載されていて、水素ステーションにおいて前記燃料タンクに水素を充填するときには高圧で充填し、燃料電池スタックで発電を行うときには前記燃料タンクの水素をレギュレータで所定圧力に減圧して燃料電池スタックに供給している。
特開2007−109555号公報
In the case of a vehicular fuel cell system, a fuel tank (hydrogen tank) is mounted on the vehicle. When the fuel tank is filled with hydrogen at a hydrogen station, the fuel tank is filled with high pressure, and when generating electricity with the fuel cell stack, the fuel tank. The hydrogen is reduced to a predetermined pressure by a regulator and supplied to the fuel cell stack.
JP 2007-109555 A

ところで、前記水素ステーションにおいて燃料タンクに水素を高圧充填する場合に、一般にコンプレッサが利用されているが、このコンプレッサによって水素を昇圧する際に、このコンプレッサの潤滑油が極微量ながら水素に混入する場合があることが判明した。オイルが燃料電池スタックに供給されると、燃料電池スタックに悪影響を及ぼす。
しかしながら、従来の塵埃除去用のフィルタでは、オイルを完全に除去するのは困難であった。
By the way, a compressor is generally used when the fuel tank is filled with hydrogen at a high pressure in the hydrogen station, but when the pressure of the hydrogen is increased by the compressor, a very small amount of the lubricating oil of the compressor is mixed into the hydrogen. Turned out to be. When oil is supplied to the fuel cell stack, the fuel cell stack is adversely affected.
However, it has been difficult to completely remove oil with a conventional filter for removing dust.

そこで、この発明は、燃料ガス中からオイルを確実に除去することができる燃料電池システムを提供するものである。   Therefore, the present invention provides a fuel cell system that can reliably remove oil from fuel gas.

この発明に係る燃料電池システムは、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項1に係る発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電する燃料電池スタック(例えば、後述する実施例における燃料電池スタック1)と、 前記燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料ガス供給路(例えば、後述する実施例におけるアノードガス供給流路23)と、前記燃料電池スタックから排出される燃料排ガスを前記燃料ガス供給路に循環させる循環路(例えば、後述する実施例におけるアノードオフガス流路29)と、前記循環路と前記燃料ガス供給路との間に設けられるエゼクタ(例えば、後述する実施例におけるエゼクタ28)と、前記燃料ガス供給路に燃料ガスを供給する燃料ガスタンク(例えば、後述する実施例における水素タンク21)と、を備えた燃料電池システムにおいて、前記エゼクタの上流の燃料ガス供給路に燃料ガスの圧力を低減する第1減圧手段(例えば、後述する実施例における1次レギュレータ22)および第2減圧手段(例えば、後述する実施例における2次レギュレータ26)を設け、前記第2減圧手段は燃料ガス供給路において前記第1減圧手段の下流に設置され、前記第2減圧手段と前記エゼクタとの間の燃料ガス供給路にオイルフィルタ(例えば、後述する実施例におけるオイルフィルタ27)を設け、前記燃料ガスは水素ガスであり、前記第1減圧手段は、前記燃料ガスを臨界圧よりも高い圧力に減圧し、前記第2減圧手段は、燃料電池システムの運転領域において前記燃料ガスを臨界圧以下の圧力に減圧することを特徴とする。
このように構成することにより、燃料ガス中のオイルを確実に除去することができる。
また、エゼクタの上流の燃料ガス流路にオイルフィルタを設けているので、乾燥した燃料ガスをオイルフィルタに流通させることができ、オイルフィルタにおける圧力損失を低く抑えることができるとともに、オイルフィルタでの凍結を防止することができる。
The fuel cell system according to the present invention employs the following means in order to solve the above problems.
The invention according to claim 1 is a fuel cell stack (for example, a fuel cell stack 1 in an embodiment to be described later) that is supplied with fuel gas and an oxidant gas to generate power, and a fuel that supplies fuel gas to the fuel cell stack. A gas supply path (for example, an anode gas supply path 23 in an embodiment described later) and a circulation path for circulating the fuel exhaust gas discharged from the fuel cell stack to the fuel gas supply path (for example, an anode in an embodiment described later) An off-gas flow path 29), an ejector provided between the circulation path and the fuel gas supply path (for example, an ejector 28 in an embodiment to be described later), and a fuel gas tank for supplying fuel gas to the fuel gas supply path ( For example, in a fuel cell system provided with a hydrogen tank 21) in an embodiment described later, a fuel gas upstream of the ejector. A first pressure reducing means (for example, a primary regulator 22 in an embodiment to be described later) and a second pressure reducing means (for example, a secondary regulator 26 in an embodiment to be described later) are provided in the gas supply path, The second pressure reducing means is installed downstream of the first pressure reducing means in the fuel gas supply path, and an oil filter (for example, an oil filter in an embodiment described later) is provided in the fuel gas supply path between the second pressure reducing means and the ejector. 27), the fuel gas is hydrogen gas, the first decompression means decompresses the fuel gas to a pressure higher than a critical pressure, and the second decompression means includes the fuel gas system in the operating region of the fuel cell system. The fuel gas is reduced to a pressure equal to or lower than the critical pressure.
By comprising in this way, the oil in fuel gas can be removed reliably.
In addition, since the oil filter is provided in the fuel gas flow path upstream of the ejector, the dried fuel gas can be circulated through the oil filter, the pressure loss in the oil filter can be kept low, and the oil filter Freezing can be prevented.

また、燃料ガスの圧力が臨界圧を超えていると燃料ガスが超臨界流体となり、オイルが燃料ガス中に溶解状態となるためオイルフィルタを通過してしまい、オイルを除去することができないが、上述のように構成することにより、燃料電池システムの運転領域において減圧手段が燃料ガスの圧力を臨界圧以下の圧力に減圧するので、オイルフィルタを流れる燃料ガスの圧力が臨界圧以下となり、その結果、燃料ガスからオイルを分離可能となり、オイルフィルタでオイルを除去することができる。 In addition, if the pressure of the fuel gas exceeds the critical pressure, the fuel gas becomes a supercritical fluid, and the oil becomes a dissolved state in the fuel gas, so it passes through the oil filter and the oil cannot be removed. By configuring as described above, the pressure reducing means reduces the pressure of the fuel gas to a pressure lower than the critical pressure in the operation region of the fuel cell system, so that the pressure of the fuel gas flowing through the oil filter becomes lower than the critical pressure. The oil can be separated from the fuel gas, and the oil can be removed by the oil filter.

請求項1に係る発明によれば、オイルを含まない燃料ガスを燃料電池スタックに供給することができるので、燃料電池スタックがオイルに起因するダメージを受けることがない。また、オイルフィルタにおける圧力損失を低く抑えることができるとともに、オイルフィルタでの凍結を防止することができる。   According to the first aspect of the present invention, since the fuel gas not containing oil can be supplied to the fuel cell stack, the fuel cell stack is not damaged by the oil. In addition, pressure loss in the oil filter can be kept low, and freezing in the oil filter can be prevented.

また、燃料電池システムの運転領域において、オイルが除去された燃料ガスを燃料電池スタックに供給することができ、燃料電池スタックがオイルによるダメージを受けるのを防止することができる。 Further, in the operation region of the fuel cell system, the fuel gas from which the oil has been removed can be supplied to the fuel cell stack, and the fuel cell stack can be prevented from being damaged by the oil.

以下、この発明に係る燃料電池システムの実施例を図1から図3の図面を参照して説明する。なお、この実施例における燃料電池システムは燃料電池車両に搭載され、走行用モータの電力源などに用いられる態様である。   Embodiments of the fuel cell system according to the present invention will be described below with reference to the drawings of FIGS. In addition, the fuel cell system in this embodiment is an aspect that is mounted on a fuel cell vehicle and is used as a power source for a traveling motor.

燃料電池スタック1は、反応ガスを化学反応させて電力を得るタイプのもので、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノード極とカソード極とで両側から挟み込んで膜電極構造体を形成し、この膜電極構造体の両側にアノードガス流路3とカソードガス流路5を備えてなるセルを複数積層して構成されており、アノードガス流路3にアノードガス(燃料ガス)として水素ガスを供給し、カソードガス流路5にカソードガス(酸化剤ガス)として酸素を含む空気を供給すると、アノード極で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソード極まで移動し、カソード極で酸素と電気化学反応を起こして発電し、水が生成される。カソード側で生じた生成水の一部は固体高分子電解質膜を透過してアノード側に逆拡散するため、アノード側にも生成水が存在する。なお、図1では、単一のセルのアノードガス流路3とカソードガス流路5を代表して示している。   The fuel cell stack 1 is a type that obtains electric power by chemically reacting a reaction gas. For example, a solid polymer electrolyte membrane made of a solid polymer ion exchange membrane or the like is sandwiched from both sides by an anode electrode and a cathode electrode, and a membrane electrode structure And a plurality of cells each having an anode gas channel 3 and a cathode gas channel 5 are stacked on both sides of the membrane electrode structure. The anode gas channel 3 has an anode gas (fuel gas). ) And gas containing oxygen as cathode gas (oxidant gas) is supplied to the cathode gas flow path 5, hydrogen ions generated by a catalytic reaction at the anode electrode pass through the solid polymer electrolyte membrane. Then, it moves to the cathode and generates electricity by causing an electrochemical reaction with oxygen at the cathode, generating water. Part of the generated water generated on the cathode side permeates the solid polymer electrolyte membrane and back diffuses to the anode side, so that the generated water also exists on the anode side. In FIG. 1, the anode gas channel 3 and the cathode gas channel 5 of a single cell are shown as representatives.

カソードガス(空気)はスーパーチャージャーなどのコンプレッサ(酸化剤ガス供給源)7により所定圧力に加圧され、カソードガス供給流路(酸化剤ガス供給路)9、加湿器11を通って燃料電池スタック1のカソードガス流路5に供給される。燃料電池スタック1に供給されたカソードガスは発電に供された後、燃料電池スタック1からカソード側の生成水と共にカソードオフガスとしてカソードオフガス流路13に排出され、加湿器11を通り、背圧弁15を介して希釈装置35に導入される。加湿器11は例えば水透過膜を備えて構成されており、水透過膜を間に挟んでカソードガスとカソードオフガスを流通させることにより、カソードオフガスに含まれる水分が水透過膜を透過してカソードガスに移動し、カソードガスが加湿される。   Cathode gas (air) is pressurized to a predetermined pressure by a compressor (oxidant gas supply source) 7 such as a supercharger, and passes through a cathode gas supply channel (oxidant gas supply channel) 9 and a humidifier 11 to form a fuel cell stack. 1 cathode gas flow path 5 is supplied. After the cathode gas supplied to the fuel cell stack 1 is used for power generation, it is discharged from the fuel cell stack 1 together with the generated water on the cathode side into the cathode offgas flow path 13 as the cathode offgas, passes through the humidifier 11, and passes through the back pressure valve 15. Is introduced into the diluting device 35. The humidifier 11 includes, for example, a water permeable membrane. When the cathode gas and the cathode off gas are circulated with the water permeable membrane interposed therebetween, moisture contained in the cathode off gas permeates the water permeable membrane and becomes the cathode. It moves to gas and the cathode gas is humidified.

一方、水素タンク(燃料ガスタンク)21から供給されるアノードガス(水素ガス)は、1次レギュレータ22、アノードガス供給流路(燃料ガス供給路)23、2次レギュレータ(減圧手段)26、オイルフィルタ27、エゼクタ28を通って燃料電池スタック1のアノードガス流路3に供給される。   On the other hand, the anode gas (hydrogen gas) supplied from the hydrogen tank (fuel gas tank) 21 includes a primary regulator 22, an anode gas supply channel (fuel gas supply channel) 23, a secondary regulator (decompression means) 26, an oil filter. 27, is supplied to the anode gas flow path 3 of the fuel cell stack 1 through the ejector 28.

1次レギュレータ22は水素タンク21のヘッダに直結されており、水素タンク21に高圧で充填されている水素を第1の所定圧力P1に減圧する。
2次レギュレータ26は、アノードガス供給流路23において1次レギュレータ22の下流に設置されており、1次レギュレータ22から供給されるアノードガスの圧力を、燃料電池スタック1の運転状態に応じた(換言すると燃料電池スタック1の負荷状態に応じて)第2の所定圧力P2に減圧する。
オイルフィルタ27は、アノードガス供給流路23において2次レギュレータ26の下流に設置されており、アノードガス中の油分(オイル)を除去する。
エゼクタ28は、アノードガス供給流路23においてオイルフィルタ27の下流に設置されており、このエゼクタ28を通ってアノードガスが燃料電池スタック1のアノードガス流路3に供給される。
The primary regulator 22 is directly connected to the header of the hydrogen tank 21, and depressurizes the hydrogen filled in the hydrogen tank 21 at a high pressure to a first predetermined pressure P1.
The secondary regulator 26 is installed downstream of the primary regulator 22 in the anode gas supply flow path 23, and the pressure of the anode gas supplied from the primary regulator 22 depends on the operating state of the fuel cell stack 1 ( In other words, the pressure is reduced to the second predetermined pressure P2 (in accordance with the load state of the fuel cell stack 1).
The oil filter 27 is installed downstream of the secondary regulator 26 in the anode gas supply flow path 23, and removes oil (oil) in the anode gas.
The ejector 28 is installed downstream of the oil filter 27 in the anode gas supply flow path 23, and the anode gas is supplied to the anode gas flow path 3 of the fuel cell stack 1 through the ejector 28.

そして、燃料電池スタック1において消費されなかったアノードガスは、燃料電池スタック1からアノードオフガス(燃料排ガス)として排出され、アノードオフガス流路(循環路)29を通ってエゼクタ28に吸引され、水素タンク21から供給される新鮮なアノードガスと合流し再び燃料電池スタック1のアノードガス流路3に供給される。
つまり、エゼクタ28は、アノードガス供給流路23とアノードオフガス流路29との間(換言すると合流部)に設けられている。また、オイルフィルタ27は、2次レギュレータ26とエゼクタ28との間のアノードガス供給流路23に設けられている。
Then, the anode gas that has not been consumed in the fuel cell stack 1 is discharged from the fuel cell stack 1 as an anode off-gas (fuel exhaust gas), sucked into the ejector 28 through the anode off-gas passage (circulation passage) 29, and supplied to the hydrogen tank. The fresh anode gas supplied from 21 is merged and supplied again to the anode gas flow path 3 of the fuel cell stack 1.
That is, the ejector 28 is provided between the anode gas supply channel 23 and the anode off-gas channel 29 (in other words, the junction). The oil filter 27 is provided in the anode gas supply channel 23 between the secondary regulator 26 and the ejector 28.

アノードオフガス流路29からは、排出弁31を備えたアノードオフガス排出流路33が分岐している。排出弁31は燃料電池スタック1の発電時においては通常は閉じており、所定のパージ条件が満たされたときに開いてアノードオフガスを希釈装置35に導入する。そして、排出弁31から排出されたアノードオフガスは希釈装置35において背圧弁15から排出されるカソードオフガスによって希釈される。   An anode offgas discharge channel 33 having a discharge valve 31 branches off from the anode offgas channel 29. The discharge valve 31 is normally closed during power generation of the fuel cell stack 1 and opens when a predetermined purge condition is satisfied to introduce the anode off gas into the diluter 35. The anode off gas discharged from the discharge valve 31 is diluted by the cathode off gas discharged from the back pressure valve 15 in the dilution device 35.

水素タンク21には水素ステーションにおいて初期充填圧力P0で水素ガスが充填されている。通常、水素タンク21の水素充填効率を高めるため、初期充填圧力P0が極めて高く、例えば35MPaG(ゲージ圧、以下同じ)に設定されている。水素タンク21に充填されている高圧の水素ガスを直接に燃料電池スタック1へ供給することはできないので、まず1次レギュレータ22によって第1の所定圧力P1に減圧し、さらに、2次レギュレータ26によって燃料電池スタック1の運転状態に応じた第2の所定圧力P2に減圧し、エゼクタ28を介して燃料電池スタック1に供給する。   The hydrogen tank 21 is filled with hydrogen gas at an initial filling pressure P0 at a hydrogen station. Usually, in order to increase the hydrogen filling efficiency of the hydrogen tank 21, the initial filling pressure P0 is extremely high, for example, set to 35 MPaG (gauge pressure, hereinafter the same). Since the high-pressure hydrogen gas charged in the hydrogen tank 21 cannot be directly supplied to the fuel cell stack 1, the pressure is first reduced to the first predetermined pressure P 1 by the primary regulator 22, and further, by the secondary regulator 26. The pressure is reduced to a second predetermined pressure P2 corresponding to the operating state of the fuel cell stack 1 and supplied to the fuel cell stack 1 via the ejector 28.

ところで、エゼクタ28の流量特性は一般に、供給流量と差圧が一定である場合には、図3に示すように、循環流量は供給圧力に比例する。ここで、循環流量は、アノードオフガス流路29からエゼクタ28に流入するアノードオフガス流量であり、供給流量、供給圧力は、2次レギュレータ26からエゼクタ28に供給されるアノードガス流量、アノードガス圧力であり、差圧は、前記供給圧力とエゼクタ28の出口のアノードガス圧力との圧力差である。   By the way, the flow rate characteristic of the ejector 28 is generally proportional to the supply pressure as shown in FIG. 3 when the supply flow rate and the differential pressure are constant. Here, the circulation flow rate is the anode off-gas flow rate flowing into the ejector 28 from the anode off-gas flow path 29, and the supply flow rate and supply pressure are the anode gas flow rate and anode gas pressure supplied from the secondary regulator 26 to the ejector 28, respectively. Yes, the differential pressure is the pressure difference between the supply pressure and the anode gas pressure at the outlet of the ejector 28.

したがって、エゼクタ28の循環能力を高めるためには、エゼクタ28への供給圧力が高い方が有利である。つまり、エゼクタ28の循環能力の観点からすると、2次レギュレータ26の減圧後のアノードガス圧力は高い方がよい。
しかしながら、この燃料電池システムにおいてはアノードガス中に含まれるオイルを除去するために2次レギュレータ26の下流にオイルフィルタ27を設けており、このオイルフィルタ27のオイル除去性能を考慮したときに、2次レギュレータ26の減圧後のアノードガス圧力には上限がある。これについて以下に説明する。
Therefore, in order to increase the circulation capacity of the ejector 28, it is advantageous that the supply pressure to the ejector 28 is higher. That is, from the viewpoint of the circulation capacity of the ejector 28, it is better that the anode gas pressure after the pressure reduction of the secondary regulator 26 is higher.
However, in this fuel cell system, an oil filter 27 is provided downstream of the secondary regulator 26 in order to remove the oil contained in the anode gas. There is an upper limit to the anode gas pressure after depressurization of the next regulator 26. This will be described below.

水素ステーションにおいてコンプレッサを用いて水素タンク21に水素を高圧充填するなどによって、水素タンク21に充填されている水素ガスにオイルが含まれている場合がある。このオイルが燃料電池スタック1に供給されると、燃料電池スタック1がダメージを受けるので、オイルフィルタ27が設けられている。   In some cases, oil is contained in the hydrogen gas filled in the hydrogen tank 21 by, for example, filling the hydrogen tank 21 with high pressure using a compressor at the hydrogen station. When this oil is supplied to the fuel cell stack 1, the fuel cell stack 1 is damaged, so an oil filter 27 is provided.

ところで、物質は、図2に示すよう、温度および圧力の条件により、固体−液体−気体の3つの状態をとる。さらに、物質には、臨界点と呼ばれる各物質に固有の温度、圧力があり、この臨界点を超えた状態が超臨界状態と呼ばれている。超臨界状態では、気体をいくら圧縮しても液体にはならず密度のみが高くなり、液体に匹敵した超臨界流体になる。超臨界流体は、液体のように物質を容易に溶解する溶解性と、気体のように高い拡散性を有する。   By the way, as shown in FIG. 2, the substance takes three states of solid-liquid-gas depending on temperature and pressure conditions. Furthermore, each substance has a temperature and pressure unique to each substance called a critical point, and a state exceeding this critical point is called a supercritical state. In the supercritical state, no matter how much the gas is compressed, it does not become liquid but only the density increases, and it becomes a supercritical fluid comparable to liquid. A supercritical fluid has a solubility that easily dissolves a substance like a liquid and a high diffusibility like a gas.

したがって、水素ガスが超臨界流体であるときには、オイルは水素ガス中に溶解した状態となり、超臨界流体の水素ガスをオイルフィルタ27に流してもオイルを除去することができず、素通りしてしまう。オイルフィルタ27でアノードガス中のオイルを除去するには、非超臨界状態の水素ガスをオイルフィルタ27に流さなければならない。ここで、水素の臨界点は、臨界温度がマイナス240度、臨界圧力が1.2MPaGである。   Therefore, when the hydrogen gas is a supercritical fluid, the oil is in a state dissolved in the hydrogen gas, and even if the hydrogen gas of the supercritical fluid is passed through the oil filter 27, the oil cannot be removed and passes through. . In order to remove the oil in the anode gas with the oil filter 27, hydrogen gas in a non-supercritical state must be passed through the oil filter 27. Here, the critical point of hydrogen is a critical temperature of minus 240 degrees and a critical pressure of 1.2 MPaG.

燃料電池スタック1の使用温度領域は臨界温度以上であり、温度を臨界温度以下に下げて超臨界状態から脱するのは非現実的である。したがって、オイルフィルタ27でアノードガス中のオイルを除去するには、アノードガス圧力を2次レギュレータ26で臨界圧以下に減圧する必要がある。つまり、2次レギュレータ26の減圧後のアノードガス圧力の上限値は臨界圧ということになる。   The operating temperature range of the fuel cell stack 1 is higher than the critical temperature, and it is unrealistic to lower the temperature below the critical temperature to escape from the supercritical state. Therefore, in order to remove the oil in the anode gas with the oil filter 27, it is necessary to reduce the anode gas pressure to the critical pressure or less with the secondary regulator 26. That is, the upper limit value of the anode gas pressure after the secondary regulator 26 is depressurized is the critical pressure.

そこで、この実施例では、1次レギュレータ22による減圧後のアノードガス圧力を臨界圧よりも高い1.5MPaGとすることとし、さらにこの臨界圧よりも高いアノードガス圧力を2次レギュレータ26によって臨界圧以下である1.1MPaG以下に減圧することとし、この燃料電池システムの運転領域において、2次レギュレータ26よりも下流のアノードガス供給流路23におけるアノードガス圧力が1.1MPaG以下となるようにする。換言すると、2次レギュレータ26は、燃料電池システムの運転領域において常にアノードガスを臨界圧以下の圧力に減圧する。   Therefore, in this embodiment, the anode gas pressure after depressurization by the primary regulator 22 is set to 1.5 MPaG, which is higher than the critical pressure, and the anode gas pressure higher than this critical pressure is set to the critical pressure by the secondary regulator 26. The pressure is reduced to 1.1 MPaG or less, and the anode gas pressure in the anode gas supply channel 23 downstream of the secondary regulator 26 is 1.1 MPaG or less in the operating range of the fuel cell system. . In other words, the secondary regulator 26 always reduces the anode gas to a pressure equal to or lower than the critical pressure in the operation region of the fuel cell system.

このように1次レギュレータ22と2次レギュレータ26の出口側圧力を設定することにより、次のような作用効果が奏される。
2次レギュレータ26よりも上流側のアノードガス供給流路23内では、アノードガス圧力が臨界圧より大きいので、アノードガス中にオイルが混入していたとしても、オイルの析出が少ない。その結果、オイルが該流路内のデバイスの作動に与える影響を極めて小さくすることができる。
By setting the outlet side pressures of the primary regulator 22 and the secondary regulator 26 in this way, the following operational effects are exhibited.
In the anode gas supply flow path 23 upstream of the secondary regulator 26, the anode gas pressure is higher than the critical pressure, so that even if oil is mixed in the anode gas, oil precipitation is small. As a result, the influence of oil on the operation of the device in the flow path can be extremely reduced.

一方、2次レギュレータ26よりも下流側のアノードガス供給流路23内では、アノードガス圧力が臨界圧以下であるので、アノードガスは非超臨界流体となり、アノードガス中にオイルが混入していた場合にオイルが析出するので、該オイルはオイルフィルタ27によって確実に除去することができる。したがって、オイルを含まないアノードガスを燃料電池スタック1に供給することができ、オイルによる燃料電池スタック1への損傷を未然に防止することができる。   On the other hand, in the anode gas supply flow path 23 on the downstream side of the secondary regulator 26, the anode gas pressure is equal to or lower than the critical pressure, so the anode gas becomes a non-supercritical fluid, and oil is mixed in the anode gas. In this case, oil precipitates, and the oil can be reliably removed by the oil filter 27. Therefore, anode gas not containing oil can be supplied to the fuel cell stack 1, and damage to the fuel cell stack 1 due to oil can be prevented in advance.

また、2次レギュレータ26の下流側のアノードガス圧力は、臨界圧以下でありながら極めて臨界圧に近い圧力であり、その圧力をエゼクタ28への供給圧力とすることができるので、エゼクタ28の循環能力を最大限高めることができ、循環流量を多くすることができる。   Further, the anode gas pressure on the downstream side of the secondary regulator 26 is a pressure close to the critical pressure while being equal to or lower than the critical pressure, and the pressure can be used as the supply pressure to the ejector 28. The capacity can be maximized and the circulation flow rate can be increased.

なお、2次レギュレータ26による減圧を臨界圧よりの若干大きい圧力に設定し、エゼクタ28における圧力降下によりエゼクタ28よりも下流のアノードガス圧力を臨界圧以下となるようにして、エゼクタ28と燃料電池スタック1の入口との間にオイルフィルタを設けることによっても、アノードガス中のオイルをオイルフィルタ27によって除去することは可能である。しかしながら、この場合には、オイルフィルタ27に流入するアノードガスに、燃料電池スタック1から排出されアノードオフガス流路29を通って循環する湿度の高いアノードオフガスが含まれるため、オイルフィルタ27には加湿状態のアノードガスが流れることになる。このように加湿状態のアノードガスがオイルフィルタ27に流れると、オイルフィルタ27における圧力損失が大きくなって不利となり、また、氷点下ではオイルフィルタ27において水分が凍結して閉塞する虞がある。   The pressure reduction by the secondary regulator 26 is set to a pressure slightly higher than the critical pressure, and the anode gas pressure downstream of the ejector 28 is set to be equal to or lower than the critical pressure due to the pressure drop in the ejector 28 so that the ejector 28 and the fuel cell are reduced. The oil in the anode gas can also be removed by the oil filter 27 by providing an oil filter between the inlet of the stack 1. However, in this case, since the anode gas flowing into the oil filter 27 includes a high-humidity anode off-gas that is discharged from the fuel cell stack 1 and circulates through the anode off-gas passage 29, the oil filter 27 is humidified. The anode gas in the state will flow. When the humidified anode gas flows into the oil filter 27 in this way, the pressure loss in the oil filter 27 becomes large, which is disadvantageous, and the water may freeze in the oil filter 27 below the freezing point.

これに対して、この実施例のように、オイルフィルタ27を2次レギュレータ26とエゼクタ28との間に配置し、2次レギュレータ26によりアノードガスを臨界圧以下に減圧した場合には、水素タンク21から供給される乾燥したアノードガスのみがオイルフィルタ27に流れるので、オイルフィルタ27における圧力損失を小さくできて有利であり、また、オイルフィルタ27における凍結の虞が極めて小さいという利点がある。   On the other hand, when the oil filter 27 is disposed between the secondary regulator 26 and the ejector 28 and the anode gas is reduced below the critical pressure by the secondary regulator 26 as in this embodiment, the hydrogen tank Since only the dried anode gas supplied from 21 flows to the oil filter 27, it is advantageous in that the pressure loss in the oil filter 27 can be reduced, and the possibility of freezing in the oil filter 27 is extremely small.

〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、前述した実施例では、2次レギュレータ26によってアノードガスを1.1MPaG以下に減圧しているが、2次レギュレータ26の出口側の圧力は臨界圧以下であれば、特に1.1MPaGに限定されるものではない。
また、水素タンク21への初期充填圧力P0は35MPaGに限るものではなく、1次レギュレータ22による減圧後の圧力P1も1.5MPaGに限るものではない
[Other Examples]
The present invention is not limited to the embodiment described above.
For example, in the above-described embodiment, the anode gas is reduced to 1.1 MPaG or less by the secondary regulator 26. However, if the pressure on the outlet side of the secondary regulator 26 is less than the critical pressure, the pressure is particularly limited to 1.1 MPaG. Is not to be done.
Further, the initial filling pressure P0 to the hydrogen tank 21 is not limited to 35 MPaG, and the pressure P1 after the pressure reduction by the primary regulator 22 is not limited to 1.5 MPaG .

この発明に係る燃料電池システムの一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the fuel cell system which concerns on this invention. 物質の状態図(温度−圧力線図)である。It is a state figure (temperature-pressure diagram) of a substance. 一般的なエゼクタの流量特性図である。It is a flow characteristic figure of a general ejector.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池スタック
21 水素タンク(燃料ガスタンク)
22 1次レギュレータ(第1減圧手段)
23 アノードガス供給流路(燃料ガス供給路)
26 2次レギュレータ(第2減圧手段)
27 オイルフィルタ
28 エゼクタ
29 アノードオフガス流路(循環路)
1 Fuel cell stack 21 Hydrogen tank (fuel gas tank)
22 Primary regulator (first decompression means)
23 Anode gas supply channel (fuel gas supply channel)
26 Secondary regulator ( second decompression means)
27 Oil filter 28 Ejector 29 Anode off-gas flow path (circulation path)

Claims (1)

燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電する燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料ガス供給路と、
前記燃料電池スタックから排出される燃料排ガスを前記燃料ガス供給路に循環させる循環路と、
前記循環路と前記燃料ガス供給路との間に設けられるエゼクタと、
前記燃料ガス供給路に燃料ガスを供給する燃料ガスタンクと、
を備えた燃料電池システムにおいて、
前記エゼクタの上流の燃料ガス供給路に燃料ガスの圧力を低減する第1減圧手段および第2減圧手段を設け、前記第2減圧手段は前記燃料ガス供給路において前記第1減圧手段の下流に設置され、前記第2減圧手段と前記エゼクタとの間の前記燃料ガス供給路にオイルフィルタを設け、
前記燃料ガスは水素ガスであり、
前記第1減圧手段は、前記燃料ガスを臨界圧よりも高い圧力に減圧し、
前記第2減圧手段は、燃料電池システムの運転領域において前記燃料ガスを臨界圧以下の圧力に減圧することを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell stack that is supplied with fuel gas and oxidant gas to generate power; and
A fuel gas supply path for supplying fuel gas to the fuel cell stack;
A circulation path for circulating the fuel exhaust gas discharged from the fuel cell stack to the fuel gas supply path;
An ejector provided between the circulation path and the fuel gas supply path;
A fuel gas tank for supplying fuel gas to the fuel gas supply path;
In a fuel cell system comprising:
A first pressure reducing means and a second pressure reducing means for reducing the pressure of the fuel gas are provided in the fuel gas supply path upstream of the ejector, and the second pressure reducing means is installed downstream of the first pressure reducing means in the fuel gas supply path. An oil filter is provided in the fuel gas supply path between the second pressure reducing means and the ejector,
The fuel gas is hydrogen gas;
The first decompression means depressurizes the fuel gas to a pressure higher than a critical pressure,
The fuel cell system, wherein the second decompression means decompresses the fuel gas to a pressure equal to or lower than a critical pressure in an operation region of the fuel cell system.
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