JP5522590B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
このような凍結に対して、凍結箇所を溶かすヒーターを設置する対策では、システム全体の設備やコスト等が増加してしまう。また、特許文献1に記載の対策は、凍結が生じ易い燃料電池の起動時に関するものではないため、必ずしも有効であるとはいえない。
こうすることで、循環系内の生成水を排出弁を介して外部に排出してから圧送機の駆動を再開できるので、圧送機への生成水の巻き上げをより一層抑制することができる。
こうすることで、第2の期間におけるNV(騒音)を低減することができる。
燃料電池の温度及び発電時間から生成水の熱量を把握することが可能であるため、排出弁までの経路において凍結が生じない熱量に相当する燃料電池の温度及び発電時間の値(所定値)を予め求めておけば、その所定値に達した段階で第2の期間に速やかに移行することができる。これにより、第1の期間を最適な長さとすることができ、排出弁までの経路の昇温にかける時間をできるだけ短縮することができる。
これにより、循環系内の不純物を排出弁から循環系外に排出することができ、循環系内の燃料濃度の低下を抑制することができる。
水素タンク40は、高圧(例えば35MPa又は70MPa)の水素ガスを貯留した水素供給源である。なお、水素タンク40に代えて、炭化水素系の燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した改質ガスを高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクと、を水素供給源として採用することもできる。また、水素タンク40に代えて、水素吸蔵合金を有するタンクを採用してもよい。
この低温始動時の制御動作は、燃料電池2が発電を開始する時、すなわち燃料電池2の起動時に、燃料電池システム1の周囲の環境温度が所定の低温である場合に実行されるものである。この所定の低温であるか否かは、温度センサ7又は外気温センサ8によって検出される温度情報をもとに、制御装置6が判断する。例えば、水が凍結し始める0℃、これよりも安全側の温度(例えば2℃)又は0℃よりも低い温度を基準として、その基準よりも低い温度が検出されれば所定の低温であると判断される。ここでは、「所定の低温」の基準を0℃よりも低い温度とした例について説明する。
図4(a)に示すように、燃料電池2の起動時のスタック温度T1が0℃未満である低温環境下である場合、制御装置6は、図3に示すフローチャートを読み出す。図3に示すフローチャートが読み出されると、燃料電池システム1の低温始動開始となる(ステップS1)。これにより、酸素ガス及び水素ガスが燃料電池2に供給され始めて、燃料電池2の発電が開始される(ステップS2)。
図4(a)に示すように、発電開始から時間t0が経過すると、上昇したスタック温度は0℃に達する。スタック温度が上昇するのは、上記したように、燃料電池2の発電は発熱反応を伴うからである。
その後も、発電に伴ってスタック温度は上昇を続ける。スタック温度が温度T2(ただし、T2>0。)に達し且つ発電時間が時間t1に達するまでの期間p1では、水素ポンプ46の駆動は開始されない(参照:図4(b))。また、この期間p1では、排出弁48は適宜開閉されており、図4(b)に示す一例では、計4回、排出弁48の開弁がなされる。この開弁のたびに、循環系50内の窒素ガスが水素オフガスとともに外部に排出される。なお、期間p1に対応する図3の制御動作としては、ステップS3及びS4が実行されていることになる。
図4(b)に示すように、第2の期間p2が始まる時間t1において、水素ポンプ46の駆動が開始される。開始から一定期間(すなわち、期間p2)の経過後、水素ポンプ46の駆動は停止する。また、水素ポンプ46の駆動中は、排出弁48は閉じられている。
図4(b)に示すように、第3の期間p3が始まる時間t2において、水素ポンプ46の駆動が停止する。この期間p3では、水素ポンプ46の駆動は停止していると共に、排出弁48の閉弁状態が継続される。このような期間p3に対応する図3の制御動作としては、ステップS8及びS9が実行される。
図4(b)に示すように、第3の期間p3が終わる時間t3において、排出弁48の開弁がなされる。これにより、液体貯留部47a内の生成水が、接続流路47bや排出弁48内の生成水とともに排出流路49へと排出される。この時点では、水素ポンプ46の駆動は停止したままである。その後、通常運転がなされる結果、排出弁48の開閉が繰り返されると共に、水素ポンプ46の駆動が再開される。
これに対し、本実施形態によれば、所定の熱量となるまでは水素ポンプ46の駆動を開始しないので、そのような凍結を抑制することができる。
これに対し、本実施形態によれば、第2の期間p2で排出弁48を閉じているので、生成水を排出弁48の昇温にとって有効となる。
Claims (7)
- 燃料電池と、燃料電池から排出される燃料オフガスを当該燃料電池に循環供給するための循環系と、前記循環系内の流体を圧送する圧送機と、前記循環系内の流体を外部に排出するための排出弁と、前記圧送機及び前記排出弁を制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の起動時において低温環境下であれば、
前記制御装置は、
前記燃料電池が発電中の第1の期間であって、前記圧送機の駆動が開始されるまでの第1の期間と、
前記第1の期間の後に、前記圧送機の駆動を行うと共に前記排出弁を閉じておく第2の期間と、
前記第2の期間の後に、前記圧送機の駆動を停止してから前記排出弁を開くまでの第3の期間と、を含むように制御する、燃料電池システム。 - 前記制御装置は、前記第3の期間の後に、前記排出弁を開いてから前記圧送機の駆動を再開させる、請求項1に記載の燃料電池システム。
- 前記圧送機の回転数は、その駆動を再開したときよりも、前記第2の期間の方が小さい、請求項2に記載の燃料電池システム。
- 前記第3の期間は、前記第1及び第2の期間よりも短い、請求項1ないし3のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
- 前記制御装置は、前記燃料電池の温度及び発電時間が所定値に達したら、前記第1の期間から前記第2の期間に移行させる、請求項1ないし4のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
- 前記制御装置は、前記第1の期間において、前記排出弁を開閉させる、請求項1ないし5のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
- 前記循環系は、燃料オフガスから水分を分離して貯留する気液分離器を有し、
前記排出弁は、開弁時に、前記気液分離器に貯留された水分を燃料オフガスと共に外部に排出する、請求項1ないし6のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
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