JP5249506B2 - 燃料電池システムおよびその起動方法 - Google Patents
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Description
また、請求項1に係る発明によれば、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いる燃焼器を用いることで、燃料電池と燃焼器に対してガス供給源を共通にすることができるので、システムの大型化を防止できる。
また、請求項1に係る発明によれば、暖機が完了せず、発電に移行できない状態でガス置換が完了した場合には燃料電池が高電位に曝され、この状態を放置すると燃料電池を劣化させるおそれがあるので、電流取出手段により燃料電池から微弱の発電電流を取り出すことで、燃料電池が高電位に曝されるのを防止し、燃料電池の劣化を防止できる。
また、請求項1に係る発明によれば、ガス濃度が高い場合にはガス置換に伴うガスパージが行われないため、排出されるガス濃度を所定値以下に保つことができる。また、ガス濃度が所定値以下の場合には、燃焼器の運転に並行してガス置換によるチェックを実施できるため、燃料電池の発電開始時間を短縮することができる。
図1は参考例1としての燃料電池システムを示す全体構成図、図2は参考例1としての燃料電池システムにおける起動時の制御を示すフローチャート、図3は燃料電池の起動から発電までのタイミングチャートであり、(a)は従来での制御、(b)および(c)は参考例1での制御である。なお、参考例および後記する実施形態は、燃料電池自動車(図示せず)を例に挙げて説明するが、これに限定されるものではなく、船舶や航空機の他の乗り物、家庭用電源などに適用してもよい。
図4は参考例2としての燃料電池システムを示す全体構成図である。この燃料電池システム1Bは、燃料電池FCと燃焼器31とを直列に配置した構成であり、直列に配置した点以外で参考例1と異なる点は、遮断弁24が設けられていない点である。その他の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図7は本実施形態の燃料電池システムを示す全体構成図、図8は起動時の制御を示すフローチャートである。なお、本実施形態の燃料電池システム1Cは、参考例1の燃料電池システム1Aに、希釈器60、排ガス排出配管(排ガス排出流通路)61、水素濃度センサ62を追加した以外は、燃料電池システム1Aと同じであり、同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。
11 アノード供給配管
12 アノード排出配管
13 循環配管
14 水素タンク(燃料ガス供給手段)
21 カソード供給配管
22 カソード排出配管
23 エアコンプレッサ(酸化剤ガス供給手段)
31 燃焼器
50 制御装置
61 排ガス排出配管(排ガス排出流通路)
62 水素濃度センサ(ガス濃度測定装置)
a1,a2 流路
FC 燃料電池
Claims (2)
- 燃料ガスが流通するアノード流路と酸化剤ガスが流通するカソード流路とを備え、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとの反応により発電を行う燃料電池と、
前記燃料ガスを前記燃料電池に供給する燃料ガス供給手段と、
前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記燃料電池の起動時に、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとを触媒燃焼させて前記燃料電池を暖機する燃焼器と、
前記アノード流路を含み、前記燃料ガスが流通する燃料ガス流通路と、
前記カソード流路を含み、前記酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流通路と、
前記燃料ガス供給手段と前記燃料電池との間の前記燃料ガス流通路から分岐して前記燃料ガスを前記燃焼器に導入する燃料ガス導入路と、
前記酸化剤ガス供給手段と前記燃料電池との間の前記酸化剤ガス流通路から分岐して前記酸化剤ガスを前記燃焼器に導入する酸化剤ガス導入路と、
前記燃料ガス流通路および前記酸化剤ガス流通路に連通し、前記燃料ガス流通路から排出される排ガスとしてのアノードオフガスを、前記酸化剤ガス流通路から排出されるカソードオフガスで希釈する希釈器と、
前記希釈器と前記燃料電池との間の前記酸化剤ガス流通路に連通し、前記燃焼器から排出される排ガスが流通する排出路と、
前記希釈器から前記排ガスを外部に排出する排ガス排出流通路と、
前記排ガス排出流通路に設けられ、前記排ガスに含まれる燃料ガスのガス濃度を測定するガス濃度測定装置と、
前記燃料電池と前記希釈器との間の前記燃料ガス流通路に設けられ、開弁することで前記燃料ガス流通路に残留する不純物を前記希釈器に排出するパージ弁と、
前記燃料電池の起動時に、前記燃料電池が発電可能状態となるまで前記パージ弁を開弁して前記燃料ガス流通路内を前記燃料ガスでガス置換するガス置換手段と、を備え、
前記ガス置換手段は、前記ガス濃度測定装置によって測定された前記ガス濃度が所定値以下の場合にガス置換を実行し、前記ガス濃度測定装置によって測定された前記ガス濃度が所定値を超える場合には前記燃料電池への前記酸化剤ガスおよび前記燃料ガスの供給を停止することでガス置換を一旦停止し、その後前記ガス濃度測定装置によって測定された前記ガス濃度が所定値以下に低下した場合にガス置換を再開するものであって、
前記燃料電池の起動時に、前記ガス置換手段によりガス置換を実行すると同時に、前記燃焼器を運転し、前記燃焼器による前記燃料電池の暖機が完了した後に前記燃料電池の発電を開始する燃料電池起動手段と、
前記燃焼器による前記燃料電池の暖機が完了する前に、前記燃料電池が発電可能状態となったときに前記暖機が完了するまでの間前記燃料電池から微弱な電流を引き出す電流取出手段と、をさらに備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 燃料ガス供給手段からアノード流路に燃料ガスが、酸化剤ガス供給手段からカソード流路に酸化剤ガスが供給されて発電を行う燃料電池と、前記燃料ガス供給手段と前記燃料電池とを接続する燃料ガス流通路から分岐して導入される前記燃料ガスと前記酸化剤ガス供給手段と前記燃料電池とを接続する酸化剤ガス流通路から分岐して導入される前記酸化剤ガスとを触媒燃焼させる燃焼器と、前記燃料電池から排出される排ガスとしてのアノードオフガスを、前記燃料電池から排出されるカソードオフガスで希釈する希釈器と、前記燃焼器から排出される排ガスを前記希釈器と前記燃料電池との間の前記酸化剤ガス流通路に排出する排出路と、前記希釈器から排出される前記排ガスに含まれる燃料ガスのガス濃度を測定するガス濃度測定装置と、前記燃料電池と前記希釈器との間の前記燃料ガス流通路に設けられ、開弁することで前記燃料ガス流通路に残留する不純物を前記希釈器に排出するパージ弁と、を備える燃料電池システムの起動方法であって、
前記燃料電池の起動時において、
前記燃料電池の暖機が必要であるか否かを判定する第1ステップと、
前記第1ステップにおいて前記燃料電池の暖機が必要であるときに、前記燃焼器の運転を開始する第2ステップと、
前記燃料電池が発電可能状態となるまで前記パージ弁を開弁して前記燃料ガス流通路内を前記燃料ガスでガス置換する第3ステップと、
前記ガス濃度測定装置によって測定された前記ガス濃度が所定値以下の場合にガス置換を実行し、前記ガス濃度測定装置によって測定された前記ガス濃度が所定値を超える場合には前記燃料電池への前記酸化剤ガスおよび前記燃料ガスの供給を停止してガス置換を一旦停止し、その後前記ガス濃度測定装置によって測定された前記ガス濃度が所定値以下に低下した場合にガス置換を再開する第4ステップと、
前記燃料電池の暖機が完了したか否かを判定する第5ステップと、
前記第5ステップにおいて前記燃料電池の暖機が完了する前に、前記第3ステップにおいて前記燃料電池が発電可能状態となったときに前記暖機が完了するまでの間前記燃料電池から微弱な電流を引き出す第6ステップと、
前記第5ステップにおいて前記燃料電池の暖機が完了したときに前記燃焼器の運転を停止する第7ステップと、
前記第3ステップにおいて前記燃料電池が発電可能状態となり、かつ、前記第5ステップにおいて前記燃料電池の暖機が完了したときに前記燃料電池の発電を開始する第8ステップと、を含むことを特徴とする燃料電池システムの起動方法。
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