JP5644406B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は、例えば固体高分子型セルを用いたセルユニットを有する燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system having a cell unit using, for example, a polymer electrolyte cell.
従来、この種の燃料電池システムとして、車両搭載用燃料電池の水素供給システムとした名称において特許文献1に開示された構成のものがある。
特許文献1に開示された従来の車両搭載用燃料電池の水素供給システムは、水素供給源から燃料電池へ水素を供給する経路に同燃料電池において発電に使用されなかった水素を還流させるためのエゼクタを設けたものであり、そのエゼクタをバイパスして前記水素供給源からの水素を前記燃料電池に供給するバイパス経路を備えたものである。
Conventionally, as this type of fuel cell system, there is a configuration disclosed in Patent Document 1 under the name of a hydrogen supply system for a vehicle-mounted fuel cell.
A conventional hydrogen supply system for a vehicle-mounted fuel cell disclosed in Patent Document 1 is an ejector for returning hydrogen that has not been used for power generation in the fuel cell to a path for supplying hydrogen from a hydrogen supply source to the fuel cell. And a bypass path for bypassing the ejector and supplying hydrogen from the hydrogen supply source to the fuel cell.
上記特許文献1に開示された車両搭載用燃料電池の水素供給システムは、ある条件下において、発電に使用されなかった水素をエゼクタによって還流させることなく、非循環のデッドエンド運転を実施するとき等に、水素ガスが還流配管(エゼクタ戻り部に)を逆流して流れてしまい、セルスタック内部に生成水が逆流して発電が不安定になるという課題がある。 The hydrogen supply system for a vehicle-mounted fuel cell disclosed in the above-mentioned Patent Document 1 performs a non-circulating dead-end operation without causing the ejector to recirculate hydrogen that has not been used for power generation under certain conditions. In addition, hydrogen gas flows back through the reflux pipe (to the ejector return portion), and there is a problem that the generated water flows back into the cell stack and power generation becomes unstable.
また、氷点下においてエゼクタによる還流を行なうと、セルスタックからの還流中の水蒸気が水素供給タンクから氷点下で送給される水素ガスで冷却され、エゼクタのノズルを凍結、閉塞させてしまうアイシングという現象が生じ、排水素ガスの還流を行なえないという課題もある。 In addition, when reflux by the ejector is performed below the freezing point, a phenomenon called icing occurs in which the water vapor being refluxed from the cell stack is cooled by the hydrogen gas supplied from the hydrogen supply tank below the freezing point, and the ejector nozzle is frozen and blocked. There is also a problem that the generated hydrogen gas cannot be recirculated.
そこで本発明は、排水素含有ガスの逆流を防止するとともに、氷点下時の還流によるエゼクタのアイシングを防ぐことができる燃料電池システムの提供を目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of preventing backflow of exhaust hydrogen-containing gas and preventing icing of an ejector due to recirculation when the temperature is below freezing.
上記課題を解決するための本発明は、
水素含有ガスと酸素含有ガスとを互いに分離して流接させることによる発電を行うセルユニットと、このセルユニットから排出された排水素含有ガスを、そのセルユニットに還流させるための還流手段を還流路に配した燃料電池システムにおいて、前記還流手段が、エゼクタとHRBの組み合わせであり、セルユニットに向けて流通する水素含有ガスをエゼクタを迂回させるための迂回路と、そのセルユニットに向けて送給される水素含有ガスを迂回路に切り替えるための三方弁と、を備え、
セルユニット又はエゼクタの温度が氷点温度を含む所定の温度領域に入ったか否かを判定するセル温度判定手段を設け、
セルユニット又はエゼクタの温度が氷点温度を含む所定の温度領域に入ったと判定したときには、還流を停止するとともに、前記三方弁により供給水素ガスを迂回路に切り替えることを特徴している。
The present invention for solving the above problems is as follows.
A cell unit that generates power by separating and bringing a hydrogen-containing gas and an oxygen-containing gas into contact with each other, and refluxing means for refluxing the exhausted hydrogen-containing gas discharged from the cell unit to the cell unit in the fuel cell system which arranged the road, the return means is a so Awa pairs et injector and HRB, a hydrogen-containing gas flows towards the cell unit and bypass for bypassing the Ezeku data, to the cell unit A three-way valve for switching the hydrogen-containing gas fed toward the detour to a detour ,
Cell temperature of Ruyunitto or ejector provided cell temperature determination means for determining whether or not within a predetermined temperature range including the freezing temperature,
When it is determined that the temperature of the cell unit or the ejector has entered a predetermined temperature range including the freezing point temperature, the recirculation is stopped and the supply hydrogen gas is switched to the bypass by the three-way valve.
本発明によれば、排水素含有ガスの逆流を防止するとともに、還流手段であるエゼクタ又はエゼクタの代わりに設置した三方管のアイシングを防ぐことができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while preventing the back flow of exhaust hydrogen containing gas, the icing of the ejector which is a recirculation | reflux means or the three-way pipe | tube installed instead of the ejector can be prevented.
以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図1(A)は、本発明の第一の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示す説明図、(B)は、その起動時における動作を示すフローチャートである。
なお、図1及び以下に示す図2〜4においては、水素含有ガスと酸素含有ガスのうち、水素含有ガスの流通系統についてのみ図示し、酸素含有ガスの流通系統についての図示を省略することにより簡略化している。
EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form for implementing this invention is demonstrated with reference to drawings. FIG. 1A is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a flowchart showing an operation at the time of startup.
In FIG. 1 and FIGS. 2 to 4 shown below, among the hydrogen-containing gas and the oxygen-containing gas, only the hydrogen-containing gas distribution system is illustrated, and the illustration of the oxygen-containing gas distribution system is omitted. It is simplified.
本発明の第一の実施形態に係る燃料電池システムA1は、セルスタック10の他、燃料タンク20、調圧弁21、エゼクタ22、圧力センサ23、ON‐OFF弁25、温度センサ28、窒素パージ弁24、セパレートタンク30、排水弁31等とともに、コントロールユニットCを有して構成されている。
In addition to the
セルスタック10は、複数のセルユニット11…を互いに間隙をもって重合してなるものであり、それら各セルユニット11…内外に、水素含有ガスと酸素含有ガスを互いに分離して流通させることによる発電を行うようにしたものである。
本実施形態においては、「水素含有ガス」として「水素ガス」、また、「酸素含有ガス」として「空気」を例として説明するが、それらに限るものではない。
The
In the present embodiment, “hydrogen gas” as “hydrogen-containing gas” and “air” as “oxygen-containing gas” will be described as examples, but the present invention is not limited thereto.
セルユニット11…は、アノードとカソードとを電解質の両側に配設した固体高分子型セルをセパレータ間に(いずれも図示しない)を収容したものである。
Each of the
燃料タンク20は、セルスタック10に送給するための所要量の水素ガスを貯蔵するものであり、その燃料タンク20とセルスタック10の受入部との間に送給パイプ20aが連結されている。
The
上記した調圧弁21は、燃料タンク20から送給される水素ガスの圧力を無段階に増減調整する機能を有するものであり、送給パイプ20aの中間部位に配設されているとともに、詳細を後述するコントロールユニットCの出力側に接続されて、送給圧力を増減制御されるようにしている。
The above-described
本実施形態においては、調圧弁21が、水素ガスの供給源である燃料タンク20からセルスタック10の受入部、従ってまた、各セルユニット11のアノードに送給される水素ガスの圧力を増減調整するための調圧部である。
In the present embodiment, the
セルスタック10の排出部には、排出パイプ10aを介して後述するセパレートタンク30が接続されているとともに、そのセパレータタンク30とエゼクタ22との間には還流路である還流パイプ30aが接続されている。
すなわち、セルスタック10のアノードから排出される排水素ガスを、エゼクタ22を介してセルスタック10に還流させられるようにしている。
A separation tank 30 (to be described later) is connected to the discharge portion of the
That is, the exhausted hydrogen gas discharged from the anode of the
上記エゼクタ22は、送給パイプ20aであって調圧弁21の下流側に配置されている。
このエゼクタ22は、送給パイプ20aを流通する水素ガスによる巻き込み作用により、セルスタック10から排出された排水素ガスを、還流パイプ30aを通じてアノードに還流させる機能を有するものである。
なお、還流手段としてのエゼクタ22の代わりに、還流パイプ30aにHRB(Hydrogen recirculation blower、水素循環ポンプの略称、以下、「HRB」とする)を設けてエゼクタ22の代わりに三方管を設けて還流手段としてもよい。すなわち、エゼクタ22のみが還流手段となり、また、HRBと三方管を合わせて還流手段ともなる。勿論、エゼクタ22を設けて還流パイプ30aにHRBを設けて還流手段としてもよい。
The
The
Instead of the
圧力センサ23は、エゼクタ22から排出された水素ガスの圧力を測定するものであり、
送給パイプ20aであって上記エゼクタ22の下流側に配置され、また、コントロールユニットCの入力側に接続されて、圧力を検出するようになっている。
The
The
ON‐OFF弁25は還流パイプ30aを流通する排水素ガスを開放遮断するためのものである。
すなわち、間欠運転の昇圧時にON‐OFF弁25を開放することで、還流パイプ30a側に圧力がかかって排水素ガスがセルスタック10を逆流することを防止するようにしたものである。このようなON‐OFF弁25を還流パイプ30aに配設することにより、より安定した発電を行なうことができる。
本実施形態においては、ON‐OFF弁25が、排水素ガス(排水素含有ガス)のセルユニット11への逆流を防止するための流通制御部である。この流通制御部は後述するように温度に応じて還流を実施、又は停止するものである。
温度センサ28は、セルスタック10、従ってまた、セルユニット11の温度を測定するためのものであり、コントロールユニットCの入力側に接続されている。
The ON-
That is, by opening the ON-
In the present embodiment, the ON-
The
セパレートタンク30は、アノードから排出された排水素ガスに含まれる水wを分離して貯留するようになっており、セパレートタンク30内に貯留した水wは、排水弁31を通じて外部に排出されるようにしている。
なお、排水弁31は、コントロールユニットCの出力側に接続されて適宜に開閉制御されるようになっている。
窒素パージ弁24は、セパレートタンク30に滞留する窒素ガスを排出するためのものであり、コントロールユニットCの出力側に接続されて開閉制御されるようになっている。
The
The
The
コントローラCは、CPU(CentralProcessing Unit)やインターフェース回路等からなるものであり、所要のプログラムの実行により、次の各機能を発揮する。
(1)負荷に対応するための電力(電流)を発生させるのに必要な、セルユニット11に送給される水素含有ガス流量が、所定の流量より小さいか否かを判定する機能。この機能を「流量判定手段C1」という。
「送給される水素含有ガス流量が、所定の流量より小さいか否かの判定」は、例えば最高出力の10%以下の低負荷に対応するための水素含有ガス流量より小さいか否かによる。なお、最高出力の要求値で設計した一般的なエゼクタでは、10%以下の低負荷(低流量域では還流できない)であることを実験的に確認している。
また、還流手段として還流パイプ30aにHRBを設けた場合でも、例えば最高出力の10%以下の低負荷に対応するための水素含有ガス流量より小さいか否かによる。
すなわち、「所定の流量」は、排水素含有ガスがセルユニット11に還流されない流量である。換言すると、排水素ガスを還流パイプ30aを通じてセルユニット11に還流させられない水素ガスの流量のことである。
The controller C includes a CPU (Central Processing Unit), an interface circuit, and the like, and exhibits the following functions by executing a required program.
(1) A function of determining whether or not the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the
“Determining whether or not the flow rate of the hydrogen-containing gas to be delivered is smaller than a predetermined flow rate” depends on whether or not it is smaller than the flow rate of hydrogen-containing gas to cope with a low load of 10% or less of the maximum output. In addition, it has been experimentally confirmed that a general ejector designed with the required maximum output power has a low load of 10% or less (cannot be recirculated in a low flow rate region).
Further, even when an HRB is provided in the
That is, the “predetermined flow rate” is a flow rate at which the exhaust hydrogen-containing gas is not recirculated to the
(2)負荷に対応するための電力(電流)を発生させるのに必要な、セルユニット11に送給される水素含有ガス流量が、所定の流量よりも少ないと判定したときには、その水素含有ガスの圧力を間欠的に増減変動させる機能。この機能を「ガス送給圧力変動手段C2」という。
本実施形態においては、上記調圧部である調圧弁21を介して、セルユニット11のアノードに送給される水素ガスの圧力を間欠的に増減変動させている。
なお、水素ガスの流量が所定の流量を超えるときには、その水素ガスの圧力を一定にした送給を行なわせている。
(2) When it is determined that the flow rate of hydrogen-containing gas supplied to the
In the present embodiment, the pressure of the hydrogen gas supplied to the anode of the
When the flow rate of the hydrogen gas exceeds a predetermined flow rate, the hydrogen gas is supplied at a constant pressure.
「間欠的に」とは、等間隔の他、不規則な間隔を含むものである。
また、圧力の増減変動の値は、固体高分子型セル中の不純物を排出できるように設定する。具体的には、水を排出させられる比較的高い圧力の値と、窒素ガス等を排出させられる比較的低い圧力の値との二つの値にすることができる。
“Intermittently” includes irregular intervals in addition to equal intervals.
The value of the pressure fluctuation is set so that the impurities in the solid polymer cell can be discharged. Specifically, it can be set to two values: a relatively high pressure value at which water is discharged and a relatively low pressure value at which nitrogen gas or the like is discharged.
例えば、通常の圧力変動を窒素ガス等を排出させられる比較的低い圧力値に設定し、その圧力変動を所定数繰り返した後に、水を排出させられる比較的高い圧力の値での圧力変動を行なうようにしてもよい。 For example, a normal pressure fluctuation is set to a relatively low pressure value at which nitrogen gas or the like can be discharged, and after repeating the pressure fluctuation a predetermined number of times, the pressure fluctuation is performed at a relatively high pressure value at which water can be discharged. You may do it.
すなわち、排水素ガスを還流させられない場合には、アノード圧を間欠的に増減変動させることにより、固体高分子型セル中の不純物(水、窒素等)を排出させている。これにより、その固体高分子型セルのアノード上流から下流までの水素ガス濃度を全体的に向上させることができ、これにより安定した発電を行わせることができる。 That is, when the exhausted hydrogen gas cannot be recirculated, impurities (water, nitrogen, etc.) in the solid polymer cell are discharged by intermittently increasing / decreasing the anode pressure. Thereby, the hydrogen gas concentration from the anode upstream to the downstream of the solid polymer cell can be improved as a whole, and thus stable power generation can be performed.
(3)負荷に対応するための電力(電流)を発生させるのに必要な、セルユニット11に送給される水素含有ガス流量が、所定の流量よりも少ないと判定したときには、流通制御部25を介して排水素ガスの逆流を防止する機能。この機能を「逆流防止手段C3」という。
(3) When it is determined that the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the
(4)セルユニット11の温度を検出する機能。この機能を「セル温度検出手段C4」という。
本実施形態においては、温度センサ28に基づいて、セルユニット11の温度を検出している。
(4) A function of detecting the temperature of the
In the present embodiment, the temperature of the
(5)温度センサ28を介して測定したセルユニット11の温度が、氷点温度を含む所定の温度領域に入ったか否か、すなわちセルユニット11の温度が氷点温度を含む所定の温度領域にまで低下したか否かを判定する機能。この機能を「セル温度判定手段C5」という。
「氷点温度を含む所定の温度領域」は、カソードからの窒素透過量が増大して、デッドエンド運転が困難になり、かつ、エゼクタの温度がセンサー類の誤差やエゼクタ22の熱容量を加味しても、アイシングを起こさない上限温度である20℃程度以下の温度領域である。
また、還流手段として還流パイプ30aにHRBを設けた場合でも、アイシングを起こさない上限温度である20℃程度以下の温度領域である。
「アイシング」とは、セルスタック10からの還流中の水蒸気が燃料タンク20からの氷点下の供給水素で冷却され、エゼクタノズル部で凍結、閉塞させることである。
また、還流手段として還流パイプ30aにHRBを設けてエゼクタ22の代わりに三方管を設けた場合でも、「アイシング」とは、セルスタック10からの還流中の水蒸気が燃料タンク20からの氷点下の供給水素で冷却され、三方管で凍結、閉塞させることである。
(5) Whether or not the temperature of the
The “predetermined temperature range including the freezing point temperature” increases the amount of nitrogen permeated from the cathode, making dead-end operation difficult, and the ejector temperature takes into account sensor errors and the heat capacity of the
Further, even when HRB is provided in the
“Icing” means that the water vapor being refluxed from the
Further, even when an HRB is provided in the
(6)検出したセルユニット11の温度が氷点温度を含む所定の温度領域に入った(氷点温度を含む所定の温度領域にまで低下した)と判定したときには、流通制御部25を介して水蒸気の還流を停止する機能。この機能を「還流停止手段C6」という。
なお、「氷点温度を含む所定の温度領域」は、上記したとおりである。
(6) When it is determined that the detected temperature of the
The “predetermined temperature range including the freezing point temperature” is as described above.
上記した構成からなる燃料電池システムA1の起動時の動作について、図1(B)を参照して説明する。
ステップ1:図1(B)においては、「Sa1」と略記する。以下、同様。
燃料タンク20から送給される水素ガスの圧力を間欠的に増減変動させてアノードに送給する。
The startup operation of the fuel cell system A1 having the above-described configuration will be described with reference to FIG.
Step 1: In FIG. 1B, abbreviated as “Sa1”. The same applies hereinafter.
The pressure of the hydrogen gas supplied from the
ステップ2:負荷に対応するための電力(電流)を発生させるのに必要な水素ガスの流量が所定の流量よりも大きいか否かを判定し、負荷に対応するための電力(電流)を発生させるのに必要な水素ガスの流量が所定の流量よりも大きいと判定されればステップ3に進み、そうでなければステップ1に戻る。
ステップ3:アノードの圧力が一定となるように水素ガスを連続して送給させて、ステップ2に戻る。
Step 2: Determine whether the flow rate of hydrogen gas required to generate power (current) for responding to the load is greater than a predetermined flow rate, and generate power (current) for responding to the load If it is determined that the flow rate of the hydrogen gas necessary to make the flow is larger than the predetermined flow rate, the process proceeds to step 3; otherwise, the process returns to step 1.
Step 3: Hydrogen gas is continuously fed so that the anode pressure becomes constant, and the process returns to Step 2.
上記した構成からなる燃料電池システムA1の起動時における温度検知に基づく動作について、図2を参照して説明する。図2は、燃料電池システムA1の起動時における温度検知に基づく動作を示すフローチャートである。 An operation based on temperature detection at the start-up time of the fuel cell system A1 having the above-described configuration will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart showing an operation based on temperature detection at the time of startup of the fuel cell system A1.
ステップ1:図2においては、「Sb1」と略記する。以下、同様。
セルスタック11の温度を検知する。
ステップ2:セルユニット11の温度が氷点温度を含む所定の温度領域に入ったか否か(氷点温度を含む所定の温度領域にまで低下したか否か)を判定し、当該温度が氷点温度を含む所定の温度領域に入った(氷点温度を含む所定の温度領域にまで低下した)と判定されればステップ4に進み、そうでなければステップ3に進む。
ステップ3:ON‐OFF弁25を開駆動させて、エゼクタ22を介して排水素ガスを還流させる。
ステップ4:ON‐OFF弁25を閉駆動させて、燃料タンク20から送給される水素ガスの圧力を間欠的に増減変動させてアノードに送給する(還流を停止する)。
Step 1: In FIG. 2, abbreviated as “Sb1”. The same applies hereinafter.
The temperature of the
Step 2: It is determined whether or not the temperature of the
Step 3: The ON-
Step 4: The ON-
本実施形態によれば、次の効果を得ることができる。
・氷点下時の水蒸気の還流を停止し、エゼクタにおけるアイシングを防ぐことができる。
・低温時は窒素透過量が少ないので、デッドエンド運転をより容易に行なうことができる。また、氷点下でなくても、温度センサの配置によっては、エゼクタが氷点以下の場合があり、この場合にもアイシングを有効に防止することができる。
According to the present embodiment, the following effects can be obtained.
-Stops the reflux of water vapor when the temperature is below freezing, and prevents icing in the ejector.
-Since the nitrogen permeation amount is low at low temperatures, dead-end operation can be performed more easily. Even if the temperature is not below the freezing point, the ejector may be below the freezing point depending on the arrangement of the temperature sensor. In this case, icing can be effectively prevented.
次に、発明の第二の実施形態に係る燃料電池システムについて、図3(A),(B)を参照して説明する。図3(A)は、本発明の第二の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示す説明図、(B)は、その起動時における動作を示すフローチャートである。 Next, a fuel cell system according to a second embodiment of the invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3A is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a flowchart showing an operation at the time of startup.
第二の実施形態に係る燃料電池システムA2のハードウェアの構成については、上記した第一の実施形態に係る燃料電池システムA1において説明したものに、迂回路27a、三方弁27及び還流パイプ30aに逆止弁26を配設したものであるので、本実施形態においては、上述した第一の実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略し、ここでは相違点について説明する。
The hardware configuration of the fuel cell system A2 according to the second embodiment is the same as that described in the fuel cell system A1 according to the first embodiment described above, except for the
三方弁27は、送給パイプ20aに配設したエゼクタ22の上流側に設けられており、これとエグゼクタ22の下流側の送給パイプ20a間に迂回路であるパイパスパイプ27aが配設されている。
なお、この実施形態においても還流手段としてのエゼクタ22の代わりに、還流パイプ30aにHRBを設けてエゼクタ22の代わりに三方管を設けて還流手段としてもよい。すなわち、エゼクタ22のみが還流手段となり、また、HRBと三方管を合わせて還流手段ともなる。勿論、エゼクタ22を設けて還流パイプ30aにHRBを設けて還流手段としてもよい。
この三方弁27は、コントロールユニットCの出力側に接続され、適宜切り替え制御されるようになっている。
The three-
In this embodiment, instead of the
The three-
すなわち、本実施形態においてはコントロールユニットCが、上記した各機能とともに、次の機能を有している。
(7)セルユニット11の温度が氷点温度を含む所定の温度領域に入った(氷点温度を含む所定の温度領域にまで低下した)と判定したときには、セルユニット11に向けて送給される水素含有ガスを三方弁27を介して迂回路27aに切り替え送給する機能。この機能を「迂回送給手段C7」という。
これにより、間欠運転の時には、エゼクタ22をバイパスさせて、そのエゼクタ22の圧損を回避することができ、より安定した間欠運転を行なうことができるようにしている。
That is, in the present embodiment, the control unit C has the following functions in addition to the functions described above.
(7) When it is determined that the temperature of the
Thereby, at the time of intermittent operation, the
上記した構成からなる燃料電池システムA2の動作について、図3(B)をも参照して説明する。
ステップ1:図3(B)においては、「Sc1」と略記する。以下、同様。
水素ガスをパイパスパイプ27aに流通させるように三方弁27を切り替えるとともに、水素ガスを間欠的にアノードに送給する。
The operation of the fuel cell system A2 having the above configuration will be described with reference to FIG.
Step 1: In FIG. 3B, abbreviated as “Sc1”. The same applies hereinafter.
The three-
ステップ2:負荷に対応するための電力(電流)を発生させるのに必要な水素ガスの流量が所要の流量よりも大きいか否かを判定し、負荷に対応するための電力(電流)を発生させるのに必要な水素ガスの流量が所要の流量よりも大きいと判定されればステップ3に進み、そうでなければステップ1に戻る。
ステップ3:水素ガスをエゼクタ22に流通させるように三方弁27を切り替えて、アノードの圧力が一定となるように水素ガスを連続して送給させて、ステップ2に戻る。
Step 2: Determine whether the flow rate of hydrogen gas required to generate power (current) for the load is greater than the required flow rate, and generate power (current) for the load If it is determined that the flow rate of the hydrogen gas necessary for making the flow is larger than the required flow rate, the process proceeds to step 3; otherwise, the process returns to step 1.
Step 3: The three-
上記した構成からなる燃料電池システムA2の起動時における温度検知に基づく動作について、図4を参照して説明する。図4は、燃料電池システムA2の起動時における温度検知に基づく動作を示すフローチャートである。
ステップ1:図4においては、「Sd1」と略記する。以下、同様。
セルスタック11、従ってまた、セルユニット11の温度を検知する。
ステップ2:セルユニット11の温度が氷点温度を含む所定の温度領域に入ったか否か(氷点温度を含む所定の温度領域にまで低下したか否か)を判定し、セルユニット11の温度が氷点温度を含む所定の温度領域に入った(氷点温度を含む所定の温度領域にまで低下した)と判定されればステップ4に進み、そうでなければステップ3に進む。
ステップ3:三方弁27をエゼクタ22側に切り替えてステップ1に戻る。
ステップ4:三方弁27をパイパスパイプ27a側に切り替えるとともに、燃料タンク20から送給される水素ガスの圧力を間欠的に増減変動させてアノードに送給する(還流を停止する)。
なお、図4においては、「水素ガスの圧力を間欠的に増減変動」させることを、「非循環デッドエンド運転」と記している。
An operation based on temperature detection at the start-up of the fuel cell system A2 having the above-described configuration will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart showing an operation based on temperature detection at the time of startup of the fuel cell system A2.
Step 1: In FIG. 4, abbreviated as “Sd1”. The same applies hereinafter.
The temperature of the
Step 2: It is determined whether or not the temperature of the
Step 3: Switch the three-
Step 4: The three-
In FIG. 4, “intermittent increase / decrease in the hydrogen gas pressure” is referred to as “non-circulating dead-end operation”.
なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、次のような変形実施が可能である。
・上記した温度センサは、セルユニットの温度を測定するように配設したものを例示したが、その形態に限らず、上記セルユニットの温度を測定する温度センサとは別に、例えばエゼクタの温度を測定するための温度センサを配設してもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the following modifications can be made.
-Although the above temperature sensor illustrated what was arrange | positioned so that the temperature of a cell unit may be measured, it is not restricted to the form, For example, the temperature of an ejector is measured separately from the temperature sensor which measures the temperature of the said cell unit. A temperature sensor for measurement may be provided.
・以上詳細に説明したが、いずれにしても、上記各実施形態において説明した構成は、それら各実施形態にのみ適用することに限らず、一の実施形態において説明した構成を、他の実施形態に準用若しくは適用し、さらには、それらを任意に組み合わせることができるものである。 Although described in detail above, in any case, the configuration described in each of the above-described embodiments is not limited to being applied only to each of the embodiments, and the configuration described in one embodiment is not limited to other embodiments. In addition, they can be applied mutatis mutandis or applied to them, and they can be arbitrarily combined.
11 セルユニット
22 エゼクタ
25 流通制御部(ON‐OFF弁)
27 三方弁
27a 迂回路(パイパスパイプ)
28 温度センサ
30a 還流路(還流パイプ)
C1 流量判定手段
C2 ガス送給圧力変動手段
C3 逆流防止手段
C6 還流停止手段
C4,5 セル温度判定手段
C7 迂回送給手段
11
27 Three-
28
C1 Flow rate determination means C2 Gas supply pressure fluctuation means C3 Backflow prevention means C6 Reflux stop means C4, 5 Cell temperature determination means C7 Detour supply means
Claims (6)
前記還流手段が、エゼクタとHRBの組み合わせであり、セルユニットに向けて流通する水素含有ガスをエゼクタを迂回させるための迂回路と、そのセルユニットに向けて送給される水素含有ガスを迂回路に切り替えるための三方弁と、を備え、
セルユニット又はエゼクタの温度が氷点温度を含む所定の温度領域に入ったか否かを判定するセル温度判定手段を設け、
セルユニット又はエゼクタの温度が氷点温度を含む所定の温度領域に入ったと判定したときには、還流を停止するとともに、前記三方弁により供給水素ガスを迂回路に切り替えることを特徴とする燃料電池システム。 A cell unit that generates power by separating and bringing a hydrogen-containing gas and an oxygen-containing gas into contact with each other, and refluxing means for refluxing the exhausted hydrogen-containing gas discharged from the cell unit to the cell unit In the fuel cell system arranged on the road,
The return means is a so Awa pairs et injector and HRB, and bypass for the hydrogen-containing gas flows towards the cell unit bypass the Ezeku data, the hydrogen-containing gas fed towards the cell unit A three-way valve for switching to a detour ,
Cell temperature of Ruyunitto or ejector provided cell temperature determination means for determining whether or not within a predetermined temperature range including the freezing temperature,
When it is determined that the temperature of the cell unit or the ejector has entered a predetermined temperature range including a freezing point temperature, the recirculation is stopped and the supplied hydrogen gas is switched to a bypass by the three-way valve.
前記還流手段が、HRBと三方管の組み合わせであり、セルユニットに向けて流通する水素含有ガスを三方管を迂回させるための迂回路と、そのセルユニットに向けて送給される水素含有ガスを迂回路に切り替えるための三方弁と、を備え、
セルユニットの温度が氷点温度を含む所定の温度領域に入ったか否かを判定するセル温度判定手段を設け、
セルユニットの温度が氷点温度を含む所定の温度領域に入ったと判定したときには、還流を停止するとともに、前記三方弁により供給水素ガスを迂回路に切り替えることを特徴とする燃料電池システム。 A cell unit that generates power by separating and bringing a hydrogen-containing gas and an oxygen-containing gas into contact with each other, and refluxing means for refluxing the exhausted hydrogen-containing gas discharged from the cell unit to the cell unit In the fuel cell system arranged on the road,
The return means is a combination of HRB and three-way pipe, a bypass for bypassing the three sides tube a hydrogen-containing gas flows towards the cell unit and the hydrogen content fed towards the cell unit A three-way valve for switching gas to a bypass ,
Cell temperature of Ruyuni' bets is provided a cell temperature determination means for determining whether or not within a predetermined temperature range including the freezing temperature,
When the temperature of Seruyuni' bets is determined to have entered the predetermined temperature range including the freezing point temperature, it stops the reflux, the fuel cell system and switches the supply of hydrogen gas to the bypass passage by the three-way valve.
前記還流手段が、エゼクタであり、セルユニットに向けて流通する水素含有ガスをエゼクタを迂回させるための迂回路と、そのセルユニットに向けて送給される水素含有ガスを迂回路に切り替えるための三方弁と、を備え、
セルユニット又はエゼクタの温度が氷点温度を含む所定の温度領域に入ったか否かを判定するセル温度判定手段を設け、
セルユニット又はエゼクタの温度が氷点温度を含む所定の温度領域に入ったと判定したときには、前記三方弁により供給水素ガスを迂回路に切り替えることを特徴とする燃料電池システム。 A cell unit that generates power by separating and bringing a hydrogen-containing gas and an oxygen-containing gas into contact with each other, and refluxing means for refluxing the exhausted hydrogen-containing gas discharged from the cell unit to the cell unit In the fuel cell system arranged on the road,
The recirculation means is an ejector, and bypasses the hydrogen-containing gas flowing toward the cell unit to bypass the ejector, and switches the hydrogen-containing gas supplied toward the cell unit to the bypass. A three-way valve ,
Cell temperature of Ruyunitto or ejector provided cell temperature determination means for determining whether or not within a predetermined temperature range including the freezing temperature,
A fuel cell system characterized in that when it is determined that the temperature of a cell unit or ejector has entered a predetermined temperature range including a freezing point temperature, the supply hydrogen gas is switched to a bypass by the three-way valve.
前記還流手段が、エゼクタ、HRBと三方管の組み合わせ又はエゼクタとHRBの組み合わせのいずれかであり、セルユニットに向けて流通する水素含有ガスをエゼクタ又は三方管を迂回させるための迂回路と、そのセルユニットに向けて送給される水素含有ガスを迂回路に切り替えるための三方弁とを有し、
上記セルユニットに送給される水素含有ガス流量が所定の流量より小さいか否かを判定する流量判定手段と、
そのセルユニットに送給される水素含有ガス流量が所定の流量よりも少ないと判定したときには、その水素含有ガスの圧力を間欠的に増減変動させるガス送給圧力変動手段と、
セルユニットに送給される水素含有ガス流量が所定の流量よりも少ないと判定したときには、三方弁を介してセルユニットに向けて送給される水素含有ガスを迂回路に切り替え送給する迂回送給手段とを設けていることを特徴とする燃料電池システム。 A cell unit that generates power by separating and bringing a hydrogen-containing gas and an oxygen-containing gas into contact with each other, and refluxing means for refluxing the exhausted hydrogen-containing gas discharged from the cell unit to the cell unit In the fuel cell system arranged on the road,
The return means, the ejector is any combination of the combination or the ejector and HRB of HRB and three-way pipe, a bypass for bypassing the ejector or three-way tube a hydrogen-containing gas flows towards the cell unit, A three-way valve for switching the hydrogen-containing gas supplied to the cell unit to a bypass,
A flow rate determining means for determining whether or not the hydrogen-containing gas flow rate supplied to the cell unit is smaller than a predetermined flow rate;
When it is determined that the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the cell unit is less than a predetermined flow rate, gas supply pressure fluctuation means for intermittently increasing or decreasing the pressure of the hydrogen-containing gas;
When it is determined that the flow rate of hydrogen-containing gas sent to the cell unit is less than the predetermined flow rate, the detour sending is performed by switching the hydrogen-containing gas sent toward the cell unit to the cell unit via the three-way valve. And a fuel supply system.
セルユニット又はエゼクタの温度を測定するための温度センサを配設しているとともに、
上記温度センサを介して測定したセルユニット又はエゼクタの温度が氷点温度を含む所定の温度領域に入ったか否かを判定するセル温度判定手段を備え、
前記迂回送給手段が、セルユニット又はエゼクタの温度が氷点温度を含む所定の温度領域に入ったと判定したときには、三方弁を介してセルユニットに向けて送給される水素含有ガスを迂回路に切り替え送給することを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム。 The reflux means is either an ejector or a combination of an ejector and an HRB;
A temperature sensor is provided to measure the temperature of the cell unit or ejector .
Cell temperature determination means for determining whether or not the temperature of the cell unit or ejector measured via the temperature sensor has entered a predetermined temperature range including the freezing point temperature,
When the bypass feeding means determines that the temperature of the cell unit or ejector has entered a predetermined temperature range including the freezing point temperature, the hydrogen-containing gas fed toward the cell unit via the three-way valve is bypassed. The fuel cell system according to claim 4 , wherein the fuel cell system is switched and fed.
セルユニットの温度を測定するための温度センサを配設しているとともに、
上記温度センサを介して測定したセルユニットの温度が氷点温度を含む所定の温度領域に入ったか否かを判定するセル温度判定手段を備え、
前記迂回送給手段が、セルユニットの温度が氷点温度を含む所定の温度領域に入ったと判定したときには、三方弁を介してセルユニットに向けて送給される水素含有ガスを迂回路に切り替え送給することを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム。 The reflux means is a combination of HRB and a three-way pipe,
Together they are arranged a temperature sensor for measuring the temperature of Seruyuni' bets,
Includes a cell temperature determination means for determining whether the temperature of Seruyuni' bets measured through the temperature sensor is within a predetermined temperature range including the freezing temperature,
The bypass feed means, when the temperature of Seruyuni' bets is determined to have entered the predetermined temperature range including the freezing temperature is sent to switch the hydrogen-containing gas fed towards the cell unit via a three-way valve to the bypass path The fuel cell system according to claim 4 , wherein the fuel cell system is supplied.
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