JP5554611B2

JP5554611B2 - Fuel cell system

Info

Publication number: JP5554611B2
Application number: JP2010083587A
Authority: JP
Inventors: 智紀谷内; 興司寺田; 秀信渡辺; 茂史大谷
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2030-03-31
Also published as: JP2011216341A

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.

燃料電池システムとして、燃料電池にメタノールやヒドラジンなどの液体燃料を改質器を介さずに直接に供給するものが知られている。 2. Description of the Related Art As a fuel cell system, one that supplies liquid fuel such as methanol or hydrazine directly to a fuel cell without using a reformer is known.

燃料電池は、アノード（燃料極）およびカソード（酸素極）が電解質膜を挟んで対向配置された構造を有している。アノードは、燃料循環ラインの途中に介装されている。すなわち、燃料循環ラインの一端がアノードの燃料供給口に接続され、その他端がアノードの燃料排出口に接続されている。アノードには、燃料循環ラインから液体燃料が供給され、アノードを通過した液体燃料は、燃料循環ラインに排出される。一方、カソードには、空気が供給される。 The fuel cell has a structure in which an anode (fuel electrode) and a cathode (oxygen electrode) are arranged to face each other with an electrolyte membrane interposed therebetween. The anode is interposed in the middle of the fuel circulation line. That is, one end of the fuel circulation line is connected to the anode fuel supply port, and the other end is connected to the anode fuel discharge port. Liquid fuel is supplied to the anode from the fuel circulation line, and the liquid fuel that has passed through the anode is discharged to the fuel circulation line. On the other hand, air is supplied to the cathode.

アノードでは、窒素ガス（Ｎ_２）、水（Ｈ_２Ｏ）および電子（ｅ⁻）が生成される。電子は、外部回路（図示せず）を介して、カソードに移動する。窒素ガスおよび水は、未反応の液体燃料とともに、燃料循環ラインに排出される。一方、カソードでは、アニオン（ＯＨ⁻）が生成される。アニオンは、電解質膜を透過して、アノードに移動する。その結果、アノードとカソードとの間に、電気化学反応による起電力が発生する。 At the anode, nitrogen gas (N ₂ ), water (H ₂ O) and electrons (e ⁻ ) are generated. The electrons move to the cathode via an external circuit (not shown). Nitrogen gas and water are discharged to the fuel circulation line together with the unreacted liquid fuel. On the other hand, an anion (OH ⁻ ) is generated at the cathode. The anion passes through the electrolyte membrane and moves to the anode. As a result, an electromotive force is generated between the anode and the cathode due to an electrochemical reaction.

特開２００９−１９９７７０号公報JP 2009-199770 A

このような燃料電池システムでは、燃料循環ラインを循環する液体の量の管理が必要である。たとえば、液体燃料のクロスオーバ（液体燃料がアノードからカソードに移動する現象）、発電時の副次的反応量の増大および発電能力の低下などを防止するために、燃料循環ラインを循環する液体中の液体燃料の濃度を制御しなければならず、そのためには、燃料循環ラインを循環する液体の量の管理が必要となる。 In such a fuel cell system, it is necessary to manage the amount of liquid circulating in the fuel circulation line. For example, in order to prevent crossover of liquid fuel (a phenomenon in which liquid fuel moves from the anode to the cathode), an increase in the amount of side reactions during power generation, and a decrease in power generation capacity, the liquid circulating in the fuel circulation line The concentration of the liquid fuel must be controlled, which requires management of the amount of liquid circulating in the fuel circulation line.

しかしながら、燃料循環ラインには、液体燃料および水を含む液体の他に、窒素ガスなどの気体が流れる。そのため、レベルゲージでは、燃料循環ラインを循環する液体の量を精度よく検出することが困難である。とくに、燃料電池システムが自動車などの車両に搭載される場合、車両の走行状態や傾きのため、レベルゲージによる液体の量（液面の位置）の高精度な検出が困難である。 However, in addition to the liquid containing liquid fuel and water, a gas such as nitrogen gas flows through the fuel circulation line. For this reason, it is difficult for the level gauge to accurately detect the amount of liquid circulating in the fuel circulation line. In particular, when the fuel cell system is mounted on a vehicle such as an automobile, it is difficult to accurately detect the amount of liquid (the position of the liquid level) using a level gauge because of the running state and inclination of the vehicle.

本発明の目的は、アノード、循環路および気液分離器内の液体の量を精度よく検出することができる、燃料電池システムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of accurately detecting the amount of liquid in the anode, the circulation path, and the gas-liquid separator.

前記の目的を達成するため、本発明は、燃料電池システムにおいて、アノードおよびカソードを有する燃料電池と、一端および他端が前記アノードに接続され、前記一端から前記アノードに液体燃料が流れ、前記アノードから排出される気体および液体が前記他端から前記一端に向けて流れる循環路と、前記循環路の一端から前記アノードに液体燃料を送り込むための送液手段と、前記循環路の途中部に介装され、前記循環路を流れる気体および液体を互いに分離して、当該液体を前記循環路に流出させる気液分離器と、前記カソードに空気を供給するための空気供給手段と、前記気液分離器内で分離された気体を外部に排出およびその排出を停止するために開閉されるガス放出バルブと、前記気液分離器内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記燃料電池から発生する電流の電流値を検出する電流値検出手段と、前記ガス放出バルブが閉じられた状態で、前記送液手段および前記空気供給手段を所定時間にわたって駆動する駆動制御手段と、前記電流値検出手段の出力に基づいて、前記所定時間に前記燃料電池から発生した電流量を算出する電流量算出手段と、前記電流量算出手段により算出された電流量に基づいて、前記所定時間における前記燃料電池での気体の生成量を算出する気体生成量算出手段と、前記電流量算出手段により算出された電流量に基づいて、前記所定時間における前記アノード、前記循環路および前記気液分離器内の液体の変化量を算出する液体変化量算出手段と、前記所定時間の開始時および終了時に前記圧力検出手段により検出される圧力、前記気体生成量算出手段により算出された気体の生成量、および前記液体変化量算出手段により算出された液体の変化量に基づいて、前記所定時間の終了時における前記アノード、前記循環路および前記気液分離器内の気体の体積を算出する気体体積算出手段と、前記アノード、前記循環路および前記気液分離器の全容積から、前記気体体積算出手段により算出された気体の体積を減算することにより、前記アノード、前記循環路および前記気液分離器内の液体の量を算出する液体量算出手段とを含むことを特徴としている。 To achieve the above object, the present invention provides a fuel cell system comprising a fuel cell having an anode and a cathode, one end and the other end connected to the anode, and liquid fuel flows from the one end to the anode, A circulation path through which gas and liquid discharged from the other end toward the one end, liquid feeding means for feeding liquid fuel from one end of the circulation path to the anode, and an intermediate portion of the circulation path A gas-liquid separator that separates gas and liquid flowing through the circulation path from each other and flows the liquid out to the circulation path; air supply means for supplying air to the cathode; and the gas-liquid separation A gas release valve which is opened and closed to discharge the gas separated in the vessel to the outside and stop the discharge, and a pressure detection means for detecting the pressure in the gas-liquid separator; Current value detection means for detecting a current value of current generated from the fuel cell; drive control means for driving the liquid feeding means and the air supply means over a predetermined time in a state where the gas release valve is closed; Based on the output of the current value detection means, current amount calculation means for calculating the amount of current generated from the fuel cell at the predetermined time, and based on the current amount calculated by the current amount calculation means, the predetermined time A gas generation amount calculating means for calculating a gas generation amount in the fuel cell, and the anode, the circulation path and the gas-liquid separation at the predetermined time based on the current amount calculated by the current amount calculation means. A liquid change amount calculating means for calculating a change amount of the liquid in the container, a pressure detected by the pressure detecting means at the start and end of the predetermined time, and the gas The anode, the circulation path, and the gas-liquid separation at the end of the predetermined time based on the gas generation amount calculated by the generation amount calculation means and the liquid change amount calculated by the liquid change amount calculation means By subtracting the gas volume calculated by the gas volume calculation means from the total volume of the anode, the circulation path and the gas-liquid separator, and a gas volume calculation means for calculating the volume of gas in the vessel, And a liquid amount calculating means for calculating the amount of liquid in the anode, the circulation path, and the gas-liquid separator.

この燃料電池システムでは、送液手段により、循環路の一端から燃料電池のアノードに液体燃料が送り込まれる。一方、空気供給手段により、カソードに空気が供給される。アノードに液体燃料が供給され、カソードに空気が供給されると、燃料電池において電気化学反応が生じ、燃料電池から電流が出力される。 In this fuel cell system, liquid fuel is fed from one end of the circulation path to the anode of the fuel cell by the liquid feeding means. On the other hand, air is supplied to the cathode by the air supply means. When liquid fuel is supplied to the anode and air is supplied to the cathode, an electrochemical reaction occurs in the fuel cell, and current is output from the fuel cell.

電気化学反応の生成物として、アノードで気体および水が生成される。この気体および水は、未反応の液体燃料とともにアノードから循環路に排出される。循環路の途中部には、気液分離器が介装されている。アノードから循環路に排出される気体および液体は、気液分離器内において互いに分離される。そして、液体は、気液分離器内から循環路に戻される。また、ガス放出バルブが開かれていれば、気体は、気液分離器内から外部に排出される。 Gas and water are produced at the anode as products of the electrochemical reaction. This gas and water are discharged from the anode to the circulation path together with the unreacted liquid fuel. A gas-liquid separator is interposed in the middle of the circulation path. The gas and liquid discharged from the anode to the circulation path are separated from each other in the gas-liquid separator. Then, the liquid is returned from the gas-liquid separator to the circulation path. If the gas discharge valve is opened, the gas is discharged from the gas-liquid separator to the outside.

ガス放出バルブが閉じられた状態で発電が行われた場合、その発電に伴って生成される気体は、アノード、循環路および気液分離器内に閉じ込められる。その結果、アノード、循環路および気液分離器内の圧力が上昇する。発電前後における気液分離器内の圧力、発電による気体の生成量、発電によるアノード、循環路および気液分離器内の液体の変化量が判れば、発電前後における気体の状態方程式から、発電前後におけるアノード、循環路および気液分離器内の気体の体積を求めることができる。 When power generation is performed with the gas release valve closed, the gas generated by the power generation is confined in the anode, the circulation path, and the gas-liquid separator. As a result, the pressure in the anode, the circulation path and the gas-liquid separator increases. Knowing the pressure in the gas-liquid separator before and after power generation, the amount of gas generated by power generation, and the amount of change in the liquid in the anode, circulation path and gas-liquid separator due to power generation, The volume of gas in the anode, the circulation path and the gas-liquid separator can be determined.

そこで、ガス放出バルブが閉じられた状態で、送液手段および空気供給手段が所定時間にわたって駆動される。所定時間の経過後、所定時間に燃料電池から発生した電流量が算出され、その電流量に基づいて、気体生成量算出手段により、所定時間における気体の生成量が算出される。さらに、電流量に基づいて、液体の変化量が算出される。また、所定時間の開始時および終了時に、気液分離器内の圧力が検出される。そして、算出された気体の生成量および液体の変化量、ならびに所定時間の開始時および終了時における気液分離器内の圧力に基づいて、所定時間の終了時におけるアノード、循環路および気液分離器内の気体の体積が算出され、アノード、循環路および気液分離器内の全容積からその算出された気体の体積が減算されることにより、アノード、循環路および気液分離器内の液体の量が算出される。 Therefore, the liquid feeding means and the air supply means are driven for a predetermined time while the gas release valve is closed. After the predetermined time has elapsed, the amount of current generated from the fuel cell at the predetermined time is calculated, and the amount of gas generated at the predetermined time is calculated by the gas generation amount calculation means based on the amount of current. Further, the amount of change of the liquid is calculated based on the amount of current. Further, the pressure in the gas-liquid separator is detected at the start and end of the predetermined time. Based on the calculated gas generation amount and liquid change amount, and the pressure in the gas-liquid separator at the start and end of the predetermined time, the anode, the circulation path and the gas-liquid separation at the end of the predetermined time The volume of gas in the vessel is calculated and the calculated volume of gas is subtracted from the total volume in the anode, circuit and gas-liquid separator to obtain liquid in the anode, circuit and gas-liquid separator. Is calculated.

このように、レベルゲージを用いずに、アノード、循環路および気液分離器内の液体の量が検出されるので、燃料電池システムが車両などに搭載される場合にも、その液体の量を精度よく検出することができる。 In this way, the amount of liquid in the anode, the circulation path, and the gas-liquid separator is detected without using the level gauge, so even when the fuel cell system is mounted on a vehicle or the like, the amount of the liquid is reduced. It can be detected with high accuracy.

前記駆動制御手段は、前記所定時間の経過後、前記送液手段および前記空気供給手段の駆動を停止するとともに、前記ガス放出バルブを開き、前記燃料電池システムは、前記ガス放出バルブが開かれた後に前記圧力検出手段により検出される圧力が前記所定時間の開始前に前記圧力検出手段に検出された圧力まで低下するのに要する時間を計測する計時手段と、前記計時手段により計測された時間に基づいて、前記気体生成量算出手段により算出された気体の生成量を補正する気体生成量補正手段とをさらに含むことが好適である。 The drive control means stops driving the liquid feeding means and the air supply means after the predetermined time has elapsed, and opens the gas discharge valve. The fuel cell system has the gas discharge valve opened. A time measuring means for measuring a time required for the pressure detected later by the pressure detecting means to drop to a pressure detected by the pressure detecting means before the start of the predetermined time, and a time measured by the time measuring means. Preferably, it further includes a gas generation amount correction unit that corrects the gas generation amount calculated by the gas generation amount calculation unit.

この燃料電池システムでは、所定時間の経過後、送液手段および空気供給手段の駆動が停止され、燃料電池での発電が停止する。また、ガス放出バルブが開かれる。これにより、気液分離器内から外部に気体が排出される。所定時間における気体の生成量が多いほど、ガス放出バルブが開かれてから気液分離器内の圧力が所定時間の開始前の圧力に戻るまでに要する時間が長く、気体の生成量が少ないほど、当該時間は短い。すなわち、所定時間における気体の生成量と、ガス放出バルブが開かれてから気液分離器内の圧力が所定時間の開始前の圧力に戻るまでに要する時間との間には、相関関係がある。 In this fuel cell system, after a predetermined time elapses, driving of the liquid feeding means and the air supply means is stopped, and power generation in the fuel cell is stopped. In addition, the gas release valve is opened. Thereby, gas is discharged | emitted from the inside of a gas-liquid separator to the exterior. The greater the amount of gas produced in a given time, the longer it takes for the pressure in the gas-liquid separator to return to the pressure before the start of the prescribed time after the gas release valve is opened, and the less the amount of gas produced The time is short. That is, there is a correlation between the amount of gas generated in a predetermined time and the time required for the pressure in the gas-liquid separator to return to the pressure before the start of the predetermined time after the gas discharge valve is opened. .

よって、当該相関関係およびガス放出バルブが開かれてから気液分離器内の圧力が所定時間の開始前の圧力に戻るまでに要する時間に基づいて、気体生成量算出手段により算出された気体の生成量が補正されることにより、所定時間における気体の生成量をより正確に知得することができる。その結果、アノード、循環路および気液分離器内の液体の量をより精度よく検出することができる。 Therefore, based on the correlation and the time required for the pressure in the gas-liquid separator to return to the pressure before the start of the predetermined time after the gas discharge valve is opened, the gas generation amount calculated by the gas generation amount calculating means is calculated. By correcting the generation amount, it is possible to know the generation amount of gas in a predetermined time more accurately. As a result, the amount of liquid in the anode, the circulation path, and the gas-liquid separator can be detected with higher accuracy.

本発明によれば、ガス放出バルブが閉じられた状態で、所定時間にわたって燃料電池からの発電が行われ、その所定時間に燃料電池から発生した電流量などに基づいて、アノード、循環路および気液分離器内の液体の量が算出される。アノード、循環路および気液分離器内の液体の量の検出にレベルゲージが用いられないので、燃料電池システムが車両などに搭載される場合にも、その液体の量を精度よく検出することができる。 According to the present invention, power generation from the fuel cell is performed for a predetermined time while the gas release valve is closed, and the anode, the circulation path, and the air are generated based on the amount of current generated from the fuel cell during the predetermined time. The amount of liquid in the liquid separator is calculated. Since the level gauge is not used to detect the amount of liquid in the anode, the circulation path, and the gas-liquid separator, the amount of liquid can be accurately detected even when the fuel cell system is mounted on a vehicle or the like. it can.

図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 図２は、燃料電池システムの制御のための電気的構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration for controlling the fuel cell system. 図３は、図２に示す制御部により実行される循環燃料体積算出処理のフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart of the circulating fuel volume calculation process executed by the control unit shown in FIG. 図４は、図２に示す制御部により実行される生成窒素量補正処理のフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart of the generated nitrogen amount correction process executed by the control unit shown in FIG.

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

燃料電池システム１は、たとえば、自動車に駆動源として搭載される。 The fuel cell system 1 is mounted as a drive source in an automobile, for example.

燃料電池システム１は、燃料電池２を備えている。燃料電池２は、アノード（燃料極）３およびカソード（酸素極）４が電解質体５を挟んで対向配置された構造のセルを複数備えている。複数のセルは、各セルの間にセパレータを介在させて積層され、セルスタックを構成している。電解質体５は、たとえば、アニオン（ＯＨ⁻）を透過させる性質を有する固体高分子膜である。 The fuel cell system 1 includes a fuel cell 2. The fuel cell 2 includes a plurality of cells having a structure in which an anode (fuel electrode) 3 and a cathode (oxygen electrode) 4 are arranged to face each other with an electrolyte body 5 interposed therebetween. The plurality of cells are stacked with a separator interposed between the cells to form a cell stack. The electrolyte body 5 is, for example, a solid polymer film having a property of transmitting anions (OH ⁻ ).

アノード３には、燃料流路６が形成されている。燃料流路６は、燃料循環ライン７の一端と他端との間に介装されている。具体的には、燃料流路６の一端は、燃料供給口８をなし、この燃料供給口８には、燃料供給ラインとしての燃料循環ライン７の一端９が接続されている。燃料流路６の他端は、燃料排出口１０をなし、この燃料排出口１０には、燃料排出ラインとしての燃料循環ライン７の他端１１が接続されている。 A fuel flow path 6 is formed in the anode 3. The fuel flow path 6 is interposed between one end and the other end of the fuel circulation line 7. Specifically, one end of the fuel flow path 6 forms a fuel supply port 8, and one end 9 of a fuel circulation line 7 as a fuel supply line is connected to the fuel supply port 8. The other end of the fuel flow path 6 forms a fuel discharge port 10, and the other end 11 of a fuel circulation line 7 as a fuel discharge line is connected to the fuel discharge port 10.

燃料循環ライン７の一端９および他端１１の近傍には、それぞれ燃料供給バルブ１２および燃料排出バルブ１３が介装されている。 In the vicinity of one end 9 and the other end 11 of the fuel circulation line 7, a fuel supply valve 12 and a fuel discharge valve 13 are interposed, respectively.

燃料循環ライン７の途中部には、燃料タンク１４から延びる燃料補給管１５が接続されている。燃料タンク１４には、液体燃料の一例である水加ヒドラジン（ＮＨ_２ＮＨ_２・Ｈ_２Ｏ）が貯留されている。燃料補給管１５の途中部には、燃料補給ポンプ１６が介装されている。燃料補給ポンプ１６が駆動されることにより、燃料タンク１４から燃料補給管１５を通して燃料循環ライン７に液体燃料が供給される。 A fuel supply pipe 15 extending from the fuel tank 14 is connected to the middle of the fuel circulation line 7. The fuel tank 14 stores hydrated hydrazine (NH ₂ NH ₂ .H ₂ O), which is an example of liquid fuel. A fuel supply pump 16 is interposed in the middle of the fuel supply pipe 15. By driving the fuel supply pump 16, liquid fuel is supplied from the fuel tank 14 to the fuel circulation line 7 through the fuel supply pipe 15.

また、燃料循環ライン７において、燃料補給管１５が接続される部分と燃料供給バルブ１２との間には、燃料循環ポンプ１７が介装されている。燃料供給バルブ１２および燃料排出バルブ１３が開かれた状態で、燃料循環ポンプ１７が駆動されると、液体燃料が燃料循環ライン７を燃料循環ポンプ１７から一端９に向かう方向に流れ、燃料供給口８から燃料流路６に液体燃料が供給される。燃料流路６に供給される液体燃料は、燃料流路６を流れ、燃料排出口１０から燃料循環ライン７に排出される。このように、燃料供給バルブ１２および燃料排出バルブ１３が開けられた状態で、燃料循環ポンプ１７が駆動されると、燃料流路６および燃料循環ライン７を液体燃料が循環する。 In the fuel circulation line 7, a fuel circulation pump 17 is interposed between a portion to which the fuel supply pipe 15 is connected and the fuel supply valve 12. When the fuel circulation pump 17 is driven in a state where the fuel supply valve 12 and the fuel discharge valve 13 are opened, the liquid fuel flows through the fuel circulation line 7 in the direction from the fuel circulation pump 17 toward the one end 9, and the fuel supply port Liquid fuel is supplied from 8 to the fuel flow path 6. The liquid fuel supplied to the fuel flow path 6 flows through the fuel flow path 6 and is discharged from the fuel discharge port 10 to the fuel circulation line 7. Thus, when the fuel circulation pump 17 is driven in a state where the fuel supply valve 12 and the fuel discharge valve 13 are opened, the liquid fuel circulates through the fuel flow path 6 and the fuel circulation line 7.

燃料循環ライン７にはさらに、燃料排出バルブ１３と燃料補給管１５が接続される部分との間に、気液分離器１８が介装されている。燃料排出口１０から燃料循環ライン７には、液体燃料を主として含む液体とともに気体が排出される。液体燃料および気体は、燃料循環ライン７から気液分離器１８内に流入する。そして、気液分離器１８内において、液体と気体とが互いに分離される。分離された液体は、燃料循環ライン７に戻される。 Further, a gas-liquid separator 18 is interposed in the fuel circulation line 7 between a portion where the fuel discharge valve 13 and the fuel supply pipe 15 are connected. Gas is discharged from the fuel discharge port 10 to the fuel circulation line 7 together with the liquid mainly containing liquid fuel. Liquid fuel and gas flow into the gas-liquid separator 18 from the fuel circulation line 7. In the gas-liquid separator 18, the liquid and the gas are separated from each other. The separated liquid is returned to the fuel circulation line 7.

気液分離器１８には、ガス放出ライン１９が接続されている。ガス放出ライン１９には、ガス放出バルブ２０が介装されている。ガス放出バルブ２０が開かれると、気液分離器１８内のガスがガス放出ライン１９を通して大気に放出される。 A gas discharge line 19 is connected to the gas-liquid separator 18. A gas discharge valve 20 is interposed in the gas discharge line 19. When the gas release valve 20 is opened, the gas in the gas-liquid separator 18 is released to the atmosphere through the gas release line 19.

カソード４には、気体流路２１が形成されている。気体流路２１の一端は、気体供給口２２をなし、この気体供給口２２には、エアコンプレッサ２３から延びる空気供給ライン２４が接続されている。気体流路２１の他端は、気体排出口２５をなし、この気体排出口２５には、一端が開放される気体排出ライン２６の他端が接続されている。気体排出ライン２６の途中部には、気体流路２１を流れる空気の圧力を調節するための圧力調節バルブ２７が介装されている。 A gas flow path 21 is formed in the cathode 4. One end of the gas flow path 21 forms a gas supply port 22, and an air supply line 24 extending from the air compressor 23 is connected to the gas supply port 22. The other end of the gas flow path 21 forms a gas discharge port 25, and the other end of a gas discharge line 26 whose one end is opened is connected to the gas discharge port 25. A pressure adjustment valve 27 for adjusting the pressure of the air flowing through the gas flow path 21 is interposed in the middle of the gas discharge line 26.

図２は、燃料電池システムの制御のための電気的構成を示すブロック図である。 FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration for controlling the fuel cell system.

燃料電池システム１は、気液分離器１８内の圧力を検出する圧力センサ４１と、気液分離器１８内の気体の温度を検出する温度センサ４２と、燃料電池２が発生する電流の電流値を検出する電流センサ４３とを備えている。 The fuel cell system 1 includes a pressure sensor 41 that detects the pressure in the gas-liquid separator 18, a temperature sensor 42 that detects the temperature of the gas in the gas-liquid separator 18, and the current value of the current generated by the fuel cell 2. And a current sensor 43 for detecting.

また、燃料電池システム１が搭載される自動車には、燃料電池２で発生した電力（電気エネルギー）を蓄えておくための二次電池５１が搭載されている。電流センサ４３は、たとえば、燃料電池２から二次電池５１への送電経路上に設けられている。 In addition, a secondary battery 51 for storing electric power (electric energy) generated in the fuel cell 2 is mounted on a vehicle on which the fuel cell system 1 is mounted. The current sensor 43 is provided, for example, on a power transmission path from the fuel cell 2 to the secondary battery 51.

そして、燃料電池システム１は、マイクロコンピュータにより構成される制御部４４を備えている。マイクロコンピュータには、ＣＰＵおよびメモリなどが含まれる。 The fuel cell system 1 includes a control unit 44 configured by a microcomputer. The microcomputer includes a CPU and a memory.

制御部４４には、圧力センサ４１、温度センサ４２および電流センサ４３の出力が入力される。 The outputs of the pressure sensor 41, the temperature sensor 42 and the current sensor 43 are input to the control unit 44.

制御部４４は、メモリに格納されたプログラムに従って、各センサ４１，４２，４３からの入力に基づいて、燃料補給ポンプ１６、燃料循環ポンプ１７およびエアコンプレッサ２３の駆動を制御し、燃料供給バルブ１２、燃料排出バルブ１３およびガス放出バルブ２０の開閉を制御する。また、圧力調節バルブ２７の開度を制御する。 The control unit 44 controls driving of the fuel supply pump 16, the fuel circulation pump 17 and the air compressor 23 based on the input from each sensor 41, 42, 43 according to the program stored in the memory, and the fuel supply valve 12. The opening and closing of the fuel discharge valve 13 and the gas discharge valve 20 are controlled. Further, the opening degree of the pressure control valve 27 is controlled.

燃料電池システム１の運転時には、燃料供給バルブ１２および燃料排出バルブ１３が開かれ、燃料循環ポンプ１７が駆動されて、アノード３の燃料流路６に液体燃料が供給される。その一方で、エアコンプレッサ２３が駆動されるとともに、圧力調節バルブ２７の開度が調節されることにより、カソード４の気体流路２１に空気が供給される。 During operation of the fuel cell system 1, the fuel supply valve 12 and the fuel discharge valve 13 are opened, the fuel circulation pump 17 is driven, and the liquid fuel is supplied to the fuel flow path 6 of the anode 3. On the other hand, air is supplied to the gas flow path 21 of the cathode 4 by driving the air compressor 23 and adjusting the opening of the pressure control valve 27.

これにより、燃料電池２において、電気化学反応が生じ、その電気化学反応による起電力が発生する。 Thereby, in the fuel cell 2, an electrochemical reaction occurs, and an electromotive force is generated by the electrochemical reaction.

具体的には、アノード３において、反応式（１）で示される反応が生じ、窒素ガス（Ｎ_２）、水（Ｈ_２Ｏ）および電子（ｅ⁻）が生成される。電子は、外部回路（図示せず）を介して、カソード４に移動する。窒素ガスおよび水は、未反応の液体燃料とともに、燃料流路６から燃料排出口１０を介して燃料循環ライン７に排出される。一方、カソードでは、反応式（２）で示される反応が生じ、アニオン（ＯＨ⁻）が生成される。アニオンは、電解質体５を透過して、アノード３に移動する。 Specifically, the reaction represented by the reaction formula (1) occurs at the anode 3, and nitrogen gas (N ₂ ), water (H ₂ O), and electrons (e ⁻ ) are generated. The electrons move to the cathode 4 via an external circuit (not shown). Nitrogen gas and water are discharged together with unreacted liquid fuel from the fuel flow path 6 to the fuel circulation line 7 through the fuel discharge port 10. On the other hand, at the cathode, the reaction represented by the reaction formula (2) occurs, and an anion (OH ⁻ ) is generated. The anion passes through the electrolyte body 5 and moves to the anode 3.

ＮＨ_２ＮＨ_２＋４ＯＨ⁻→Ｎ_２＋４Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻ ・・・（１）
Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻→４ＯＨ⁻ ・・・（２）
この結果、アノード３とカソード４との間に、電気化学反応による起電力が発生する。 NH ₂ NH ₂ + 4OH ⁻ → N ₂ + 4H ₂ O + 4e ⁻ (1)
O ₂ + 2H ₂ O + 4e ⁻ → 4OH ⁻ (2)
As a result, an electromotive force is generated between the anode 3 and the cathode 4 due to an electrochemical reaction.

燃料補給ポンプ１６は、燃料循環ライン７に液体燃料を補給する必要が生じた時に駆動される。 The fuel supply pump 16 is driven when it becomes necessary to supply the fuel circulation line 7 with liquid fuel.

ガス放出バルブ２０は、気液分離器１８内の圧力に応じて開閉され、通常の運転時には開かれている。 The gas release valve 20 is opened and closed according to the pressure in the gas-liquid separator 18 and is opened during normal operation.

図３は、循環燃料体積算出処理のフローチャートである。 FIG. 3 is a flowchart of the circulating fuel volume calculation process.

燃料電池システム１の運転中に、制御部４４は、燃料循環ライン７を流れる液体の体積（量）を算出するために、図３に示す循環燃料体積算出処理を予め定める周期で実行する。 During the operation of the fuel cell system 1, the control unit 44 executes the circulating fuel volume calculation process shown in FIG. 3 at a predetermined cycle in order to calculate the volume (amount) of the liquid flowing through the fuel circulation line 7.

循環燃料体積算出処理では、まず、圧力センサ４１、温度センサ４２および電流センサ４３の出力が取得される（ステップＳ１）。その後、圧力センサ４１、温度センサ４２および電流センサ４３の出力は、一定のサンプリング周期で取得される。 In the circulating fuel volume calculation process, first, the outputs of the pressure sensor 41, the temperature sensor 42, and the current sensor 43 are acquired (step S1). Thereafter, the outputs of the pressure sensor 41, the temperature sensor 42, and the current sensor 43 are acquired at a constant sampling period.

次に、ガス放出バルブ２０が閉じられる（ステップＳ２）。ガス放出バルブ２０が閉じられた後も、燃料循環ポンプ１７およびエアコンプレッサ２３の駆動は続けられ、燃料電池２における発電（電気化学反応）が継続する。ガス放出バルブ２０が閉じられているので、その発電に伴って生成される気体（主として窒素ガス）は、気液分離器１８から排出されず、アノード３、燃料循環ライン７および気液分離器１８内に閉じ込められる。これにより、アノード３、燃料循環ライン７および気液分離器１８内の圧力は、発電が進むにつれて高くなる。 Next, the gas release valve 20 is closed (step S2). Even after the gas release valve 20 is closed, the fuel circulation pump 17 and the air compressor 23 continue to be driven, and power generation (electrochemical reaction) in the fuel cell 2 continues. Since the gas release valve 20 is closed, the gas (mainly nitrogen gas) generated with the power generation is not discharged from the gas-liquid separator 18, and the anode 3, the fuel circulation line 7, and the gas-liquid separator 18. Trapped inside. Thereby, the pressure in the anode 3, the fuel circulation line 7, and the gas-liquid separator 18 becomes higher as power generation proceeds.

ガス放出バルブ２０が閉じられてからの一定時間にわたって発電が継続されると（ステップＳ３のＹＥＳ）、その一定時間に燃料電池２から発生した電流量Ｉが算出される。ガス放出バルブ２０が閉じられてからの一定時間において、圧力センサ４１、温度センサ４２および電流センサ４３の各出力は、制御部４４のメモリなどに保持されている。電流量Ｉは、たとえば、ガス放出バルブ２０が閉じられてからの一定時間に取得された電流センサ４３の出力（電流値）が積分されることにより算出される。 When power generation is continued for a certain period of time after the gas release valve 20 is closed (YES in step S3), the amount of current I generated from the fuel cell 2 during the certain period is calculated. Outputs of the pressure sensor 41, the temperature sensor 42, and the current sensor 43 are held in a memory of the control unit 44 or the like for a fixed time after the gas release valve 20 is closed. The amount of current I is calculated, for example, by integrating the output (current value) of the current sensor 43 acquired for a fixed time after the gas release valve 20 is closed.

なお、ガス放出バルブ２０が閉じられてから電流量Ｉが算出されるまでの一定時間には、圧力センサ４１、温度センサ４２および電流センサ４３の出力が一定のサンプリング周期で繰り返し取得されている（ステップＳ１）。 It should be noted that the outputs of the pressure sensor 41, the temperature sensor 42, and the current sensor 43 are repeatedly acquired at a constant sampling period during a fixed time from when the gas release valve 20 is closed until the current amount I is calculated ( Step S1).

その後、電流量Ｉおよび燃料電池２に備えられるセルの数Ｎ_cに基づいて、演算式（３）に従って、ガス放出バルブ２０が閉じられてからの一定時間における液体燃料の消費量である燃料消費量Ａ_cが算出される（ステップＳ４）。 Thereafter, based on the current amount I and the number _Nc of cells provided in the fuel cell 2, the fuel consumption, which is the amount of liquid fuel consumed in a certain time after the gas release valve 20 is closed, according to the calculation formula (3). An amount A _c is calculated (step S4).

Ａ_c［ｌ］＝Ｉ×（１／４Ｆ）×Ｎ_c×３０／１０００／Ｄ・・・（３）
Ｆ：ファラデー定数
Ｄ：液体燃料の密度
また、電流量Ｉおよび燃料電池２に備えられるセルの数Ｎ_cに基づいて、演算式（４）に従って、ガス放出バルブ２０が閉じられてからの一定時間に燃料電池２のアノード３で生成される窒素ガスの量である生成窒素量Ｇ_N2が算出される（ステップＳ５）。 A _c [l] = I × (1 / 4F) × N _c × 30/1000 / D (3)
F: Faraday constant D: Liquid fuel density Further, based on the current amount I and the number _Nc of cells provided in the fuel cell 2, a certain time after the gas release valve 20 is closed according to the calculation formula (4) Further, a generated nitrogen amount _GN2 that is an amount of nitrogen gas generated at the anode 3 of the fuel cell 2 is calculated (step S5).

Ｇ_N2［mol］＝Ｉ×（１／４Ｆ）×Ｎ_c ・・・（４）
さらに、電流量Ｉおよび燃料電池２に備えられるセルの数Ｎ_cに基づいて、演算式（４）に従って、ガス放出バルブ２０が閉じられてからの一定時間に燃料電池２のアノード３で生成される水の量である生成水量Ｇ_H2Oが算出される（ステップＳ６）。 G _N2 [mol] = I × (1 / 4F) × N _c (4)
Further, based on the amount of current I and the number of cells N _c provided in the fuel cell 2, it is generated at the anode 3 of the fuel cell 2 in a certain time after the gas release valve 20 is closed according to the calculation formula (4). A generated water amount G _H2O that is the amount of water to be generated is calculated (step S6).

Ｇ_H2O［ｌ］＝４×Ｉ×（１／４Ｆ）×Ｎ_c×１８／１０００・・・（５）
ガス放出バルブ２０が閉じられた時点（またはガス放出バルブ２０が閉じられる直前もしくは直後）において、圧力センサ４１の出力が表す圧力をＰ₁とし、アノード３、燃料循環ライン７および気液分離器１８内の空隙となっている部分（液体が存在していない部分、気体が存在している部分）の体積である空隙体積をＶ₁とし、アノード３、燃料循環ライン７および気液分離器１８内に存在する気体のモル数をｎ₁とし、気液分離器１８内の気体の温度をＴ₁とすると、式（６）の状態方程式が成立する。 G _H2O [l] = 4 × I × (1 / 4F) × N _c × 18/1000 (5)
When the gas discharge valve 20 is closed (or immediately before or after the gas discharge valve 20 is closed), the pressure represented by the output of the pressure sensor 41 is P ₁ , and the anode 3, the fuel circulation line 7, and the gas-liquid separator 18. The void volume which is the volume of the void portion (portion where no liquid is present, portion where gas is present) is V ₁ , and the anode 3, the fuel circulation line 7 and the gas-liquid separator 18 are inside. If the number of moles of the gas present in n is n ₁ and the temperature of the gas in the gas-liquid separator 18 is T ₁ , the state equation of equation (6) is established.

Ｐ₁×Ｖ₁＝ｎ₁×Ｒ×Ｔ₁ ・・・（６）
Ｒ：気体定数
また、ガス放出バルブ２０が閉じられてから一定時間が経過した時点において、圧力センサ４１の出力が表す圧力をＰ₂とし、アノード３、燃料循環ライン７および気液分離器１８内の空隙となっている部分（液体が存在していない部分、気体が存在している部分）の体積である空隙体積をＶ₂とし、アノード３、燃料循環ライン７および気液分離器１８内に存在する気体のモル数をｎ₂とし、気液分離器１８内の気体の温度をＴ₂とすると、式（７）の状態方程式が成立する。 P ₁ × V ₁ = n ₁ × R × T ₁ (6)
R: Gas constant Further, when a certain time has elapsed since the gas release valve 20 was closed, the pressure represented by the output of the pressure sensor 41 is P _2, and the inside of the anode 3, the fuel circulation line 7 and the gas-liquid separator 18. The void volume which is the volume of the void portion (the portion where no liquid is present, the portion where the gas is present) is V ₂ , and the anode 3, the fuel circulation line 7 and the gas-liquid separator 18 If the number of moles of gas present is n ₂ and the temperature of the gas in the gas-liquid separator 18 is T ₂ , the state equation of Expression (7) is established.

Ｐ₂×Ｖ₂＝ｎ₂×Ｒ×Ｔ₂ ・・・（７）
ここで、体積Ｖ₁，Ｖ₂には、ガス放出バルブ２０が閉じられてからの一定時間にアノード３に供給された液体（液体燃料）の量をＡ_s［ｌ］とすると、式（８）の関係が成立する。また、モル数ｎ₁，ｎ₂には、式（９）の関係が成立する。 P ₂ × V ₂ = n ₂ × R × T ₂ (7)
Here, when the amount of liquid (liquid fuel) supplied to the anode 3 in a certain time after the gas discharge valve 20 is closed is A _s [l], the volume V ₁ , V ₂ is expressed by the equation (8). ) Is established. Moreover, the relationship of Formula (9) is materialized in the number of moles n ₁ and n ₂ .

Ｖ₂＝Ｖ₁−（Ａ_s−Ａ_c＋Ｇ_H2O）・・・（８）
ｎ₂＝ｎ₁＋Ｇ_N2 ・・・（９）
なお、式（８）における「Ａ_s−Ａ_c＋Ｇ_H2O」は、一定時間におけるアノード３、燃料循環ライン７および気液分離器１８内の液体の変化量を表す。 V ₂ = V ₁ − (A _s −A _c + _{GH 2 O} ) (8)
n ₂ = n ₁ + G _N2 (9)
Note that “A _s −A _c + G _H2O ” in Expression (8) represents the amount of change in the liquid in the anode 3, the fuel circulation line 7, and the gas-liquid separator 18 over a certain period of time.

式（８），（９）を利用して、式（６），（７）の連立方程式が解かれる。これにより、空隙体積Ｖ₁，Ｖ₂が求められる（ステップＳ７）。 The simultaneous equations of equations (6) and (7) are solved using equations (8) and (9). Thus, the void volume V _1, V ₂ are determined (step S7).

その後、アノード３、燃料循環ライン７および気液分離器１８内の全容積から空隙体積Ｖ₂が減算されることにより、ガス放出バルブ２０が閉じられてから一定時間が経過した時点で燃料循環ライン７を流れる液体の体積（量）が算出される（ステップＳ８）。 Thereafter, by subtracting the void volume V ₂ from the total volume in the anode 3, the fuel circulation line 7 and the gas-liquid separator 18, the fuel circulation line is reached when a certain time has elapsed after the gas release valve 20 is closed. The volume (amount) of the liquid flowing through 7 is calculated (step S8).

以上のように、ガス放出バルブ２０が閉じられた状態で、燃料循環ポンプ１７およびエアコンプレッサ２３が一定時間にわたって駆動される。一定時間の経過後、一定時間に燃料電池２から発生した電流量Ｉが算出され、その電流量Ｉに基づいて、一定時間に燃料電池２のアノード３で生成される窒素ガスの量である生成窒素量Ｇ_N2が算出される。さらに、電流量Ｉに基づいて、一定時間におけるアノード３、燃料循環ライン７および気液分離器１８内の液体の変化量「Ａ_s−Ａ_c＋Ｇ_H2O」が算出される。また、一定時間の開始時および終了時に、気液分離器１８内の圧力Ｐ₁，Ｐ₂が検出される。そして、生成窒素量Ｇ_N2、液体の変化量「Ａ_s−Ａ_c＋Ｇ_H2O」および圧力Ｐ₁，Ｐ₂に基づいて、一定時間の終了時におけるアノード３、燃料循環ライン７および気液分離器１８内の空隙体積Ｖ₂が算出され、アノード３、燃料循環ライン７および気液分離器１８内の全容積からその算出された空隙体積Ｖ₂が減算されることにより、アノード３、燃料循環ライン７および気液分離器１８内の液体の量が算出される。 As described above, with the gas release valve 20 closed, the fuel circulation pump 17 and the air compressor 23 are driven over a certain period of time. A current amount I generated from the fuel cell 2 at a certain time is calculated after a lapse of a certain time, and based on the current amount I, the amount of nitrogen gas generated at the anode 3 of the fuel cell 2 at a certain time is generated. A nitrogen amount _GN2 is calculated. Further, based on the current amount I, the change amount “A _s −A _c + G _H2O ” of the liquid in the anode 3, the fuel circulation line 7, and the gas-liquid separator 18 in a certain time is calculated. Further, the pressures P ₁ and P ₂ in the gas-liquid separator 18 are detected at the start and end of a certain time. Based on the amount of generated nitrogen G _N2 , the amount of change in liquid “A _s −A _c + G _H2O ”, and the pressures P ₁ and P ₂ , the anode 3, the fuel circulation line 7, and the gas-liquid separator at the end of a certain period of time The void volume V ₂ in 18 is calculated, and the calculated void volume V ₂ is subtracted from the total volume in the anode 3, fuel circulation line 7 and gas-liquid separator 18, so that the anode 3, fuel circulation line 7 and the amount of liquid in the gas-liquid separator 18 are calculated.

このように、レベルゲージを用いずに、アノード３、燃料循環ライン７および気液分離器１８内の液体の量が検出されるので、燃料電池システムが車両などに搭載される場合にも、その液体の量を精度よく検出することができる。 As described above, since the amount of liquid in the anode 3, the fuel circulation line 7 and the gas-liquid separator 18 is detected without using the level gauge, even when the fuel cell system is mounted on a vehicle or the like, The amount of liquid can be detected with high accuracy.

なお、ガス放出バルブ２０が閉じられてからの一定時間が経過すると、その一定時間に燃料電池２から発生した電流量Ｉが算出されて、ステップＳ４以降の処理が行われるとしたが、ガス放出バルブ２０が閉じられた後、燃料電池２から一定の電流量Ｉが発生されると、ステップＳ４以降の処理が行われるように変更してもよい。 It should be noted that when a certain amount of time has elapsed since the gas release valve 20 was closed, the amount of current I generated from the fuel cell 2 was calculated during the certain amount of time, and the processing after step S4 was performed. After the valve 20 is closed, when a certain amount of current I is generated from the fuel cell 2, the process after step S4 may be changed.

また、制御部４４により、たとえば、図３に示す循環燃料体積算出処理と並行して、循環燃料体積算出処理のステップＳ５で算出される生成窒素量Ｇ_N2を補正するために、図４に示す生成窒素量補正処理が実行されることが好適である。 Further, for example, in order to correct the generated nitrogen amount _GN2 calculated in step S5 of the circulating fuel volume calculation process in parallel with the circulating fuel volume calculation process shown in FIG. It is preferable that the generated nitrogen amount correction process is executed.

図４は、生成窒素量補正処理のフローチャートである。 FIG. 4 is a flowchart of the generated nitrogen amount correction process.

生成窒素量補正処理では、まず、ガス放出バルブ２０が閉じられる（ステップＳ１１）。このステップＳ１１は、図３に示す循環燃料体積算出処理のＳ２と同一のステップである。 In the generated nitrogen amount correction process, first, the gas release valve 20 is closed (step S11). This step S11 is the same step as S2 of the circulating fuel volume calculation process shown in FIG.

次に、燃料電池２における発電が開始される（ステップＳ１２）。ガス放出バルブ２０が閉じられる前から燃料電池２の発電が行われている場合には、その発電が継続される。すなわち、ガス放出バルブ２０が閉じられた後も、燃料循環ポンプ１７およびエアコンプレッサ２３の駆動が続けられる。ガス放出バルブ２０が閉じられているので、その発電に伴って生成される気体（主として窒素ガス）は、気液分離器１８から排出されず、アノード３、燃料循環ライン７および気液分離器１８内に閉じ込められる。これにより、アノード３、燃料循環ライン７および気液分離器１８内の圧力は、発電が進むにつれて高くなる。 Next, power generation in the fuel cell 2 is started (step S12). If power generation of the fuel cell 2 has been performed before the gas release valve 20 is closed, the power generation is continued. That is, even after the gas release valve 20 is closed, the driving of the fuel circulation pump 17 and the air compressor 23 is continued. Since the gas release valve 20 is closed, the gas (mainly nitrogen gas) generated with the power generation is not discharged from the gas-liquid separator 18, and the anode 3, the fuel circulation line 7, and the gas-liquid separator 18. Trapped inside. Thereby, the pressure in the anode 3, the fuel circulation line 7, and the gas-liquid separator 18 becomes higher as power generation proceeds.

その後、圧力センサ４１の出力に基づいて、ガス放出バルブ２０が閉じられてから気液分離器１８内の圧力が一定圧力（たとえば、５０kPa）だけ上昇したか否かが調べられる（ステップＳ１３）。気液分離器１８内の圧力が一定圧力だけ上昇するまで、燃料電池２における発電が継続される。 Thereafter, based on the output of the pressure sensor 41, it is checked whether or not the pressure in the gas-liquid separator 18 has increased by a certain pressure (for example, 50 kPa) after the gas discharge valve 20 is closed (step S13). The power generation in the fuel cell 2 is continued until the pressure in the gas-liquid separator 18 increases by a certain pressure.

気液分離器１８内の圧力が一定圧力だけ上昇すると（ステップＳ１３のＹＥＳ）、燃料循環ポンプ１７およびエアコンプレッサ２３の駆動が停止されて、燃料電池２における発電が停止される（ステップＳ１４）。 When the pressure in the gas-liquid separator 18 increases by a certain pressure (YES in step S13), the driving of the fuel circulation pump 17 and the air compressor 23 is stopped, and the power generation in the fuel cell 2 is stopped (step S14).

次いで、ガス放出バルブ２０が開かれる（ステップＳ１５）。これにより、アノード３、燃料循環ライン７および気液分離器１８内からガス放出ライン１９を通して気体が排出される。この気体の排出に伴って、アノード３、燃料循環ライン７および気液分離器１８内の圧力が低下する。 Next, the gas release valve 20 is opened (step S15). As a result, the gas is discharged from the anode 3, the fuel circulation line 7 and the gas-liquid separator 18 through the gas discharge line 19. As the gas is discharged, the pressure in the anode 3, the fuel circulation line 7 and the gas-liquid separator 18 decreases.

また、ガス放出バルブ２０が開かれるのと同時に、ガス放出バルブ２０が開かれてからの経過時間の計測が開始される（ステップＳ１６）。 At the same time when the gas release valve 20 is opened, measurement of the elapsed time since the gas release valve 20 is opened is started (step S16).

その後、圧力センサ４１の出力に基づいて、ガス放出バルブ２０が開かれてから気液分離器１８内の圧力が一定圧力だけ低下したか否か、つまりアノード３、燃料循環ライン７および気液分離器１８内の圧力がガス放出バルブ２０が閉じられる前の圧力に戻ったか否かが調べられる（ステップＳ１７）。 Thereafter, based on the output of the pressure sensor 41, whether or not the pressure in the gas-liquid separator 18 has decreased by a certain pressure since the gas release valve 20 was opened, that is, the anode 3, the fuel circulation line 7, and the gas-liquid separation. It is checked whether or not the pressure in the vessel 18 has returned to the pressure before the gas release valve 20 is closed (step S17).

気液分離器１８内の圧力が一定圧力だけ低下すると（ステップＳ１７のＹＥＳ）、ガス放出バルブ２０が開かれてからの経過時間の計測が終了される（ステップＳ１８）．これにより、ガス放出バルブ２０が開かれてから気液分離器１８内の圧力が一定圧力だけ低下するまでに要した時間が得られる。 When the pressure in the gas-liquid separator 18 decreases by a certain pressure (YES in step S17), the measurement of the elapsed time after the gas release valve 20 is opened is terminated (step S18). As a result, the time required from when the gas release valve 20 is opened until the pressure in the gas-liquid separator 18 decreases by a certain pressure is obtained.

この時間は、ガス放出バルブ２０が閉じられた状態で燃料電池２のアノード３で生成された気体の量が多いほど長く、アノード３で生成された気体の量が少ないほど短い。すなわち、ガス放出バルブ２０が閉じられた状態で燃料電池２のアノード３で生成された気体の量と、ガス放出バルブ２０が開かれてから気液分離器１８内の圧力が一定圧力だけ低下するまでに要する時間との間には、相関関係がある。 This time is longer as the amount of gas generated at the anode 3 of the fuel cell 2 in a state where the gas release valve 20 is closed, and is shorter as the amount of gas generated at the anode 3 is smaller. That is, the amount of gas generated at the anode 3 of the fuel cell 2 with the gas release valve 20 closed and the pressure in the gas-liquid separator 18 after the gas release valve 20 is opened are reduced by a certain pressure. There is a correlation with the time required to complete the process.

そこで、その相関関係およびガス放出バルブ２０が開かれてから気液分離器１８内の圧力が一定圧力だけ低下するまでに要した時間に基づいて、ガス放出バルブ２０が閉じられた状態で燃料電池２のアノード３で生成された気体の量が求められる。そして、循環燃料体積算出処理のステップＳ５で算出される生成窒素量Ｇ_N2がその求められた気体の量に補正されて（ステップＳ１９）、生成窒素量補正処理が終了される。 Therefore, based on the correlation and the time required from when the gas release valve 20 is opened until the pressure in the gas-liquid separator 18 decreases by a certain pressure, the fuel cell with the gas release valve 20 closed. 2 is obtained. Then, the generated nitrogen amount _GN2 calculated in step S5 of the circulating fuel volume calculating process is corrected to the obtained gas amount (step S19), and the generated nitrogen amount correcting process is ended.

この生成窒素量補正処理で求められる気体の量は、ガス放出バルブ２０が閉じられた状態において燃料電池２のアノード３で発生した気体が外部に排出されるのに要する時間の実測値に基づいて求められる。したがって、その求められる気体の量は、循環燃料体積算出処理のステップＳ５で算出される生成窒素量Ｇ_N2よりも正確である。よって、生成窒素量補正処理が行われることにより、アノード３、燃料循環ライン７および気液分離器１８内の液体の量をより精度よく検出することができる。 The amount of gas required in this generated nitrogen amount correction process is based on an actual measurement value of the time required for the gas generated at the anode 3 of the fuel cell 2 to be discharged outside when the gas release valve 20 is closed. Desired. Therefore, the required amount of gas is more accurate than the generated nitrogen amount _GN2 calculated in step S5 of the circulating fuel volume calculation process. Therefore, the amount of liquid in the anode 3, the fuel circulation line 7, and the gas-liquid separator 18 can be detected with higher accuracy by performing the generated nitrogen amount correction process.

なお、図３に示す循環燃料体積算出処理と並行して、図４に示す生成窒素量補正処理が実行される場合、循環燃料体積算出処理における「一定時間」は、ガス放出バルブ２０が閉じられてから気液分離器１８内の圧力が一定圧力だけ上昇するまでの時間となる。 When the generated nitrogen amount correction process shown in FIG. 4 is executed in parallel with the circulating fuel volume calculation process shown in FIG. 3, the gas release valve 20 is closed for the “certain time” in the circulating fuel volume calculation process. It is a time until the pressure in the gas-liquid separator 18 increases by a certain pressure.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form.

たとえば、燃料電池システム１が自動車に搭載された場合を例にとったが、燃料電池システム１は、自動車に限らず、自動車以外の車両、飛行機、宇宙ロケットなどに搭載されてもよい。 For example, although the case where the fuel cell system 1 is mounted on an automobile is taken as an example, the fuel cell system 1 may be mounted not only on an automobile but also on a vehicle other than an automobile, an airplane, a space rocket, and the like.

また、液体燃料の一例として、水加ヒドラジンを取り上げたが、液体燃料としては、ヒドラジン（ＮＨ_２ＮＨ_２）、トリアザン（ＮＨ_２ＮＨＮＨ_２）、テトラザン（ＮＨ_２ＮＨＮＨＮＨ_２）、メタノール（ＣＨ_３ＯＨ）などが例示される。 Further, although hydrazine hydrate was taken up as an example of the liquid fuel, hydrazine (NH ₂ NH ₂ ), triazane (NH ₂ NHNH ₂ ), tetrazane (NH ₂ NHNHNH ₂ ), methanol (CH ₃ OH) were used as the liquid fuel. And the like.

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.

１燃料電池システム
２燃料電池
３アノード
４カソード
７燃料循環ライン（循環路）
１７燃料循環ポンプ（送液手段）
１８気液分離器
２０ガス放出バルブ
２３エアコンプレッサ（空気供給手段）
４１圧力センサ（圧力検出手段）
４２温度センサ（温度検出手段）
４３電流センサ（電流値検出手段）
４４制御部（駆動制御手段、電流量算出手段、気体生成量算出手段、液体変化量算出手段、気体体積算出手段、液体量算出手段、計時手段、気体生成量補正手段） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 2 Fuel cell 3 Anode 4 Cathode 7 Fuel circulation line (circulation path)
17 Fuel circulation pump (liquid feeding means)
18 Gas-liquid separator 20 Gas release valve 23 Air compressor (air supply means)
41 Pressure sensor (pressure detection means)
42 Temperature sensor (temperature detection means)
43 Current sensor (current value detection means)
44 control unit (drive control means, current amount calculation means, gas generation amount calculation means, liquid change amount calculation means, gas volume calculation means, liquid amount calculation means, timing means, gas generation amount correction means)

Claims

A fuel cell having an anode and a cathode;
One end and the other end are connected to the anode, a liquid fuel flows from the one end to the anode, and a gas and a liquid discharged from the anode flow from the other end toward the one end;
Liquid feeding means for feeding liquid fuel from one end of the circulation path to the anode;
A gas-liquid separator that is interposed in the middle of the circulation path, separates the gas and liquid flowing through the circulation path, and causes the liquid to flow out to the circulation path;
Air supply means for supplying air to the cathode;
A gas discharge valve that is opened and closed to discharge the gas separated in the gas-liquid separator to the outside and stop the discharge;
Pressure detecting means for detecting the pressure in the gas-liquid separator;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the gas in the gas-liquid separator;
Current value detection means for detecting a current value of a current generated from the fuel cell;
Drive control means for driving the liquid feeding means and the air supply means over a predetermined time in a state where the gas discharge valve is closed;
Current amount calculation means for calculating the amount of current generated from the fuel cell at the predetermined time based on the output of the current value detection means;
A gas generation amount calculation means for calculating a gas generation amount in the fuel cell in the predetermined time based on the current amount calculated by the current amount calculation means;
A liquid change amount calculating means for calculating a change amount of the liquid in the anode, the circulation path and the gas-liquid separator in the predetermined time based on the current amount calculated by the current amount calculating means;
The pressure detected by the pressure detection means at the start and end of the predetermined time, the temperature detected by the temperature detection means at the start and end of the predetermined time, and the gas calculated by the gas generation amount calculation means A gas for calculating the volume of gas in the anode, the circulation path, and the gas-liquid separator at the end of the predetermined time based on the generated amount and the change amount of the liquid calculated by the liquid change amount calculating means Volume calculating means;
By subtracting the volume of the gas calculated by the gas volume calculating means from the total volume of the anode, the circulation path and the gas-liquid separator, the liquid in the anode, the circulation path and the gas-liquid separator A fuel cell system comprising: a liquid amount calculating means for calculating the amount of

The drive control means stops driving the liquid feeding means and the air supply means after the predetermined time has elapsed, and opens the gas discharge valve.
Time measuring means for measuring a time required for the pressure detected by the pressure detecting means after the gas release valve is opened to drop to the pressure detected by the pressure detecting means before the start of the predetermined time;
On the basis of the time measured by the time measuring means, further comprising a gas generation amount correction means for correcting the amount of generated gas was calculated by the gas generation amount calculating means, the fuel cell system according to claim 1.