JP6969321B2

JP6969321B2 - 燃料電池システム

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Publication number: JP6969321B2
Application number: JP2017227544A
Authority: JP
Inventors: 誠一田中; 政史戸井田; 洋之常川; 峻松本; 剛丸尾
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2021-11-24
Anticipated expiration: 2037-11-28
Also published as: US20190165392A1; US11196066B2; CN110010937B; DE102018124717A1; JP2019096576A; CN110010937A

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

従来から、空気等の酸化ガスと水素等の燃料ガスとの反応ガスの電気化学反応によって発電する燃料電池（燃料電池スタック）を備えた燃料電池システムが知られている。

かかる燃料電池システムでは、発電の際に水が生成されることになるが、この水が発電停止後も燃料電池に残存していると、例えば外気温が低下した場合に凍結し、次回発電始動時の効率が低下してしまう。

例えば、燃料電池に水素等の燃料ガスを供給する燃料ガス供給系には、高圧の燃料ガスを貯留した燃料ガス供給源（水素タンク）、燃料ガス供給源の燃料ガスを燃料電池に供給するための燃料ガス供給流路（配管）、燃料電池から排出された燃料オフガス（未消費の燃料ガス）を燃料ガス供給流路に戻すための循環流路等が備えられ、燃料ガス供給流路（詳しくは、燃料ガス供給流路と循環流路との合流部より上流側）には、燃料ガスのガス流量やガス圧を調整して燃料電池に供給するためのインジェクタ等が設けられている。このような燃料電池システムの燃料ガス供給系において、燃料電池から排出され、循環流路から燃料ガス供給流路に供給される燃料ガスに含まれる水分が、例えば外気温の低下等によって、インジェクタと燃料電池とを結ぶ配管（つまり、インジェクタの下流）で凍結し、当該配管が閉塞するおそれがある。

そこで、前記のような凍結による効率低下を防止すべく、燃料電池の発電停止直後に乾燥ガスを燃料電池に供給し、燃料電池に残留する水分や燃料電池システムの配管等に付着している水分を予め排出する掃気処理（パージ処理）を行う技術が提案されている（例えば、下記特許文献１等参照）。

特開２００８−２１８１６４号公報

しかしながら、上記特許文献１等に所載の従来技術では、掃気処理を行うために、燃料電池の運転を停止する必要があるとともに、低温環境下で一旦凍結した水分（氷）を外部に排出することは難しい。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃料電池システムの燃料ガス供給系において、燃料電池の運転を停止することなく、水分の凍結による配管の閉塞を効果的に抑制することができ、もって、高い信頼性を得ることのできる燃料電池システムを提供することにある。

前記課題を解決すべく、本発明による燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池へ燃料ガスを供給するための燃料ガス供給流路と、前記燃料ガス供給流路を通して前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料供給装置と、前記燃料電池から排出された燃料オフガスを前記燃料ガス供給流路に循環させるための循環流路と、前記循環流路に設置され、前記燃料オフガスを圧送して前記燃料ガス供給流路に循環させる循環ポンプと、前記燃料供給装置および前記循環ポンプの少なくとも一方の動作を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記燃料供給装置の下流に水分の凍結が推定された場合に、前記燃料供給装置から供給される燃料ガスのガス量に対する前記循環ポンプから供給される燃料ガスのガス量の比率を相対的に増大させることを特徴としている。

前記燃料ガス供給流路における前記燃料供給装置の下流かつ前記循環流路との合流部の上流に圧力センサが設置されており、前記制御装置は、前記圧力センサから得られる圧力の上昇度合いから、前記燃料供給装置の下流における水分の凍結を推定することが好ましい。

前記制御装置は、前記燃料供給装置の下流に水分の凍結が推定された場合に、前記循環ポンプから供給される燃料ガスのガス量を増加させ、さらに前記燃料供給装置の下流に水分の凍結閉塞が推定された場合に、前記燃料供給装置を駆動停止させることが好ましい。

前記制御装置は、前記燃料供給装置の下流に水分の凍結が推定された場合に、前記燃料電池に供給される冷媒の冷媒温度目標値を上昇させることが好ましい。

前記燃料ガス供給流路と前記循環流路とがT字型接続管により接続され、前記燃料ガス供給流路に対して前記循環流路が直交する方向で接続されており、前記燃料ガス供給流路における前記循環流路との合流部の上流に前記燃料供給装置が設置されていることが好ましい。

本発明によれば、通常、燃料ガス供給流路に配置された燃料供給装置から供給される燃料ガスよりも循環流路に設置された循環ポンプから供給される燃料ガスの方が温かいため、燃料供給装置の下流に水分の凍結の可能性が検知・推定された場合、燃料供給装置から供給される燃料ガスのガス量よりも循環流路に設置された循環ポンプから供給される燃料ガスのガス量を相対的に増やすことにより、凍結箇所を効果的に温めることができ、水分の凍結による配管の閉塞を効果的に抑制することができる。

また、燃料ガス供給流路と循環流路とをT字型接続管で接続することにより、循環流路から供給される燃料ガスを、燃料ガス供給流路と循環流路との合流部の上流に設置された燃料供給装置側に効率的に（より多く）流すことができ、これによって、水分の凍結による配管の閉塞を更に効果的に抑制することができる。

本発明による燃料電池システムのシステム構成図である。図１に示す燃料ガス供給流路と循環流路との合流部に設けられたT字型接続管の要部を示す断面図である。図１に示す制御装置による制御を説明するフローチャートである。燃料ガスのガス圧（圧力センサの検出値）、接続管凍結判定フラグ、循環ポンプ回転数、冷媒温度目標値、接続管凍結閉塞判定フラグ、インジェクタ駆動状態を時系列的で示すタイムチャートである。

以下、本発明の構成を図面に示す実施形態の一例に基づいて詳細に説明する。以下では、一例として、燃料電池車に搭載される燃料電池またはこれを含む燃料電池システムに本発明を適用した場合を例示して説明するが、適用範囲がこのような例に限られることはない。

［燃料電池システムのシステム構成］
まず、本発明による燃料電池を備えた燃料電池システムのシステム構成を、図１を用いて概説する。

図１に示される燃料電池システム１は、例えば、単位セルである燃料電池セルを複数個積層させて構成された燃料電池（燃料電池スタック）１０と、燃料電池１０に空気等の酸化ガスを供給する酸化ガス供給系２０と、燃料電池１０に水素等の燃料ガスを供給する燃料ガス供給系３０と、冷却水等の冷媒を流して燃料電池１０の温度調節を行う冷媒供給系
４０、システム全体を統合制御する制御装置（制御ＥＣＵ）５０とを備えている。

例えば、固体高分子型燃料電池１０の燃料電池セルは、イオン透過性の電解質膜と、該電解質膜を挟持するアノード側触媒層（アノード電極）およびカソード側触媒層（カソード電極）とからなる膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を備えている。ＭＥＡの両側には、燃料ガスもしくは酸化ガスを提供するとともに電気化学反応によって生じた電気を集電するためのガス拡散層（ＧＤＬ：Gas Diffusion Layer）が形成されている。ＧＤＬが両側に配置された膜電極接合体は、ＭＥＧＡ（Membrane Electrode & Gas Diffusion Layer Assembly）と称され、ＭＥＧＡは、一対のセパレータにより挟持されている。ここで、ＭＥＧＡが燃料電池の発電部であり、ガス拡散層がない場合には、ＭＥＡが燃料電池の発電部となる。

酸化ガス供給系２０は、例えば、燃料電池１０（のカソード電極）に酸化ガスを供給するための酸化ガス供給流路（配管）２５と、燃料電池１０に供給され、各燃料電池セルで電気化学反応に供された後の酸化オフガスを燃料電池１０から排出する酸化ガス排出流路（配管）２９と、酸化ガス供給流路２５を介して供給される酸化ガスを燃料電池１０を介さずに（バイパスして）酸化ガス排出流路２９へと流通させるバイパス流路２６とを有する。酸化ガス供給系２０の各流路は、例えば、ゴムホースや金属製のパイプ等によって構成することができる。

酸化ガス供給流路２５には、上流側から、エアクリーナ２１、エアコンプレッサ（ターボコンプレッサ）（以下、単にコンプレッサと称する）２２、インタクーラ２３等が備えられ、酸化ガス排出流路２９には、マフラ２８等が備えられている。なお、酸化ガス供給流路２５（のエアクリーナ２１）には、例えば、図示を省略する大気圧センサ、エアフローメータ等が設けられる。

酸化ガス供給流路２５において、エアクリーナ２１は、大気中から取り込む酸化ガス（空気等）中の塵埃を除去する。

コンプレッサ２２は、前記エアクリーナ２１を介して導入された酸化ガスを圧縮し、圧縮された酸化ガスをインタクーラ２３へ圧送する。

インタクーラ２３は、コンプレッサ２２から圧送されて導入された酸化ガスを通過させるときに、例えば冷媒との熱交換によって冷却し、燃料電池１０（のカソード電極）に供給する。

また、酸化ガス供給流路２５には、インタクーラ２３と燃料電池１０との間の酸化ガスの流れを遮断するための入口弁２５Ｖが設けられている。なお、入口弁２５Ｖは、インタクーラ２３から燃料電池１０へ向かう酸化ガスの流れによって開弁して酸化ガスを流し、燃料電池１０からインタクーラ２３へ向かう酸化ガスの流れによって閉弁して酸化ガスの流れを遮断する逆止弁であってもよい。

バイパス流路２６は、一端が酸化ガス供給流路２５（のインタクーラ２３もしくはその下流側）に接続され、他端が酸化ガス排出流路２９に接続されている。言い換えれば、酸化ガス供給流路２５（のインタクーラ２３もしくはその下流側）から、酸化ガス排出流路２９に向けて、バイパス流路２６が分岐接続されている。バイパス流路２６には、コンプレッサ２２によって圧送され、インタクーラ２３によって冷却されて排出された酸化ガスが、燃料電池１０をバイパスして酸化ガス排出流路２９へ向けて流れる。このバイパス流路２６には、酸化ガス排出流路２９へ向けて流れる酸化ガスを遮断して当該バイパス流路２６を流れる酸化ガスの流量を調整するためのバイパス弁２６Ｖが設けられている。

酸化ガス排出流路２９において、マフラ２８は、酸化ガス排出流路２９に流れる酸化オフガス（排出ガス）を、例えば、気相と液相とに分離して外部に排出する。

また、酸化ガス排出流路２９には、燃料電池１０に供給される酸化ガスの背圧を調整するための調圧弁２９Ｖが設けられる。調圧弁２９Ｖの下流側に、前記したバイパス流路２６が接続されている。

一方、燃料ガス供給系３０は、例えば、水素等の高圧の燃料ガスを貯留する水素タンク等の燃料ガス供給源３１と、燃料ガス供給源３１からの燃料ガスを燃料電池１０（のアノード電極）へ供給する燃料ガス供給流路（配管）３５と、燃料電池１０から排出された燃料オフガス（未消費の燃料ガス）を燃料ガス供給流路３５に還流させる循環流路３６と、循環流路３６に分岐接続されて循環流路３６内の燃料オフガスを外部へ排出（大気放出）する燃料ガス排出流路（配管）３９とを有する。燃料ガス供給系３０の各流路は、例えば、ゴムホースや金属製のパイプ等によって構成することができる。

燃料ガス供給流路３５には、上流側から、燃料ガス供給流路３５を開閉して燃料電池１０へ向けて流れる燃料ガスを遮断するための遮断弁３５Ｖと、燃料ガス供給流路３５を流れる燃料ガスの圧力を調整（減圧）するためのレギュレータ３４と、調圧された燃料ガスを燃料電池１０へ向けて供給するためのインジェクタ（燃料供給装置）３３とが設けられる。遮断弁３５Ｖを開くと、燃料ガス供給源３１に貯留された高圧の燃料ガスが燃料ガス供給源３１から燃料ガス供給流路３５に流出し、レギュレータ３４やインジェクタ３３により調圧（減圧）されて、燃料電池１０（のアノード電極）に供給される。

また、燃料ガス供給流路３５におけるインジェクタ３３の上流側（詳しくは、レギュレータ３４とインジェクタ３３との間）には、燃料ガスの圧力および温度を検出する圧力センサ（一次側圧力センサ）３４Ｐおよび温度センサ３４Ｔが設けられている。また、インジェクタ３３の下流側であって燃料ガス供給流路３５と循環流路３６との合流部（接続部）の上流側には、燃料ガスの圧力（インジェクタ３３の出口圧）を検出する圧力センサ（二次側圧力センサ）３３Ｐおよび燃料ガス供給流路３５内が所定の作動圧に達した際に開放されるリリーフ弁３５Ｒが設けられている。

循環流路３６には、上流側（燃料電池１０側）から、気液分離器３７、循環ポンプ（水素ポンプともいう）３８等が備えられている。

気液分離器３７は、循環流路３６に流れる燃料ガス（水素等）に含まれる生成水を気液分離して貯留する。この気液分離器３７から分岐して、燃料ガス排出流路３９が設けられている。

循環ポンプ３８は、気液分離器３７で気液分離した燃料オフガスを圧送（加圧）して燃料ガス供給流路３５（のインジェクタ３３の下流側）へ循環させる。

燃料ガス排出流路３９には、燃料ガス排出流路３９を開閉して、気液分離器３７で分離した生成水と燃料電池１０から排出された燃料オフガスの一部を排出するためのパージ弁３９Ｖが設けられる。

燃料ガス排出流路３９のパージ弁３９Ｖの開閉調整を経て排出される燃料オフガスは、酸化ガス排出流路２９を流れる酸化オフガスと混合され、マフラ２８を介して外部に大気放出される。

上記構成を有する燃料電池システム１は、酸化ガス供給系２０によって燃料電池１０（のカソード電極）に供給された空気等の酸化ガスと、燃料ガス供給系３０によって燃料電池１０（のアノード電極）に供給された水素等の燃料ガスとの電気化学反応によって発電を行う。

冷媒供給系４０は、例えば、燃料電池１０内に設けられた冷却流路の入口と出口とをつないで冷媒を循環させる冷媒流路（配管）４５を有する。

冷媒流路４５には、燃料電池１０から排出された冷媒を冷却するラジエータ４１と、冷媒流路４５の冷媒を出口側から吸引して入口側へ吐出する冷媒ポンプ４２とが設けられるとともに、冷媒流路４５内の冷媒温度を検出する冷媒温度センサ４５Ｔが設けられている。

制御装置５０は、車両に設けられた各種機器から制御情報を受けて、システム内の各種機器の動作を制御する。例えば、制御装置５０は、車両に設けられた加速操作装置（アクセル等）の操作量等を検出し、燃料電池１０から引き出すべき電力（要求発電量）を演算し、その発電量に応じた量の燃料ガスおよび酸化ガスが燃料ガス供給系３０および酸化ガス供給系２０から燃料電池１０内に供給されるようになっている。

制御装置５０は、図示していないコンピュータシステムによって構成されている。かかるコンピュータシステムは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、入出力インタフェース及びディスプレイ等を備えるものであり、ＲＯＭに記録された各種制御プログラムをＣＰＵが読み込んで実行することにより、各種制御動作が実現されるようになっている。

ここで、本実施形態では、図２に示すように、燃料ガス供給流路３５と循環流路３６とがT字型接続管３５Ｊを介して接続されている。詳しくは、燃料ガス供給流路３５と循環流路３６との合流部（接続部）にT字型接続管３５Ｊが設けられ、燃料ガス供給流路３５に対して循環流路３６が直交する方向で合流（接続）されている。このT字型接続管３５Ｊにおいて、燃料ガス供給流路３５側の上流端（循環流路３６との合流部より上流側の端部）がインジェクタ３３に連結され、燃料ガス供給流路３５側の下流端（循環流路３６との合流部より下流側の端部）が燃料電池１０に連結され、循環流路３６側の端部が循環ポンプ３８に連結される。つまり、本例では、燃料電池１０とインジェクタ３３とが別体（別部品）として設けられ、それらがT字型接続管３５Ｊを介して連結されている。また、本例では、T字型接続管３５Ｊの燃料ガス供給流路３５側の上流端において、インジェクタ３３は、当該T字型接続管３５Ｊ内の燃料ガス供給流路３５に対して直交する方向で連結されている。つまり、本例では、インジェクタ３３からの燃料ガスと循環流路３６（に設置された循環ポンプ３８）からの燃料ガス（燃料オフガス）とが、T字型接続管３５Ｊ内の燃料ガス供給流路３５に対して、オフセットした位置で且つ共に垂直方向で供給されるようになっている。

そのため、循環流路３６からの燃料ガス（燃料オフガス）の噴流（蒸気）がT字型接続管３５Ｊ内の壁面に当たり、その一部が、T字型接続管３５Ｊの燃料ガス供給流路３５の上流端側（インジェクタ３３側）に回り込んでしまう（図２の矢印参照）。インジェクタ３３からの燃料ガスは冷たい氷点下ガスであるため、回り込んだ蒸気が冷やされて、インジェクタ３３側の内壁で凍結する。これが、燃料電池１０の運転時間の経過とともに蓄積され、凍結ひいては凍結による閉塞が発生する可能性がある。

本実施形態では、前記制御装置５０は、前記したT字型接続管３５Ｊ（つまり、燃料ガス供給系３０におけるインジェクタ３３と燃料電池１０とを結ぶ配管）での凍結ないし凍結閉塞を防止すべく、インジェクタ３３の下流側に設けられた圧力センサ（二次側圧力センサ）３３Ｐから得られる検出値（燃料ガスのガス圧）を用いて、燃料ガス供給流路３５に設置されたインジェクタ３３、循環流路３６に設置された循環ポンプ３８、冷媒流路４５に設置されたラジエータ４１等の動作を制御するようになっている。

［燃料電池システムの制御装置による制御］
図３のフローチャートおよび図４のタイムチャートを用いて、前記した燃料電池システム１の制御装置５０による制御（凍結ないし凍結閉塞防止制御）について具体的に説明する。

制御装置５０は、まず、外気温が氷点下以下であるか否かを判断する（Ｓ１１）。

外気温が氷点下以下であると判断した場合（Ｓ１１：Yes）、インジェクタ３３の下流側に設けられた圧力センサ３３Ｐから得られる検出値（圧力）から算出された圧力上昇の傾き（予め決められた圧力上昇判定時間における圧力の上昇度合い）が予め設定された凍結判定閾値以上であるか否かを判断する（Ｓ１２）。また、その圧力上昇の傾きが凍結判定閾値以上であると判断した場合（Ｓ１２：Yes）、その圧力上昇の傾きが３回連続で凍結判定閾値以上であるか否かを判断する（Ｓ１３）。これにより、誤判定を防止しながら凍結の推定を行う。

圧力上昇の傾きが３回連続で凍結判定閾値以上であると判断した場合（Ｓ１３：Yes）、接続管凍結判定フラグをセットする（Ｓ１４）。

Ｓ１４のセット情報に基づき、制御装置５０は、循環ポンプ３８の回転数を増加させて流量（ガス量）を増加させるとともに（Ｓ１５）、ラジエータ４１等を制御して燃料電池１０を流過する冷媒の冷媒温度目標値を上昇させる（Ｓ１６）。これにより、循環流路３６の燃料ガス（燃料オフガス）の熱量を増加させ、前記したT字型接続管３５Ｊの凍結を回避する。

なお、ここでは、循環ポンプ３８の回転数を増加させて流量（ガス量）を（インジェクタ３３からの燃料ガスの流量（ガス量）に対して相対的に）増加させているが、例えば、インジェクタ３３側を制御して当該インジェクタ３３からの燃料ガスの流量（ガス量）を減少させることで、インジェクタ３３から供給される燃料ガスのガス量に対する循環ポンプ３８から供給される燃料ガスのガス量の比率を相対的に増大させてもよい。

次いで、制御装置５０は、圧力上昇の傾きが予め設定された凍結閉塞判定閾値以上であるか否かを判断する（Ｓ１７）。また、圧力上昇の傾きが凍結閉塞判定閾値以上であると判断した場合（Ｓ１７：Yes）、圧力上昇の傾きが３回連続で凍結閉塞判定閾値以上であるか否かを判断する（Ｓ１８）。

圧力上昇の傾きが３回連続で凍結閉塞判定閾値以上であると判断した場合（Ｓ１８：Yes）、接続管凍結閉塞判定フラグをセットする（Ｓ１９）。

Ｓ１９のセット情報に基づき、制御装置５０は、インジェクタ３３の駆動を停止させる（フューエルセーフ）（Ｓ２０）。これにより、インジェクタ３３からの燃料ガスによる熱量低下を抑制して、前記したT字型接続管３５Ｊの凍結閉塞を回避する。

なお、外気温が氷点下以下でないと判断した場合（Ｓ１１：No）や、圧力上昇の傾きが凍結判定閾値以上でないと判断した場合（Ｓ１２：No）は、接続管凍結判定フラグをオフとし（Ｓ２１）、通常制御を実行する（Ｓ２２）。

このように、制御装置５０は、氷点下運転中、インジェクタ３３の下流側に設けられた圧力センサ３３Ｐの圧力上昇の傾きを検知し、インジェクタ３３の下流に水分の凍結が推定された場合に、循環ポンプ３８の流量を増加させる、または、冷媒温度目標値を上昇させることで、循環流路３６の燃料ガス（燃料オフガス）の熱量を増加させ、T字型接続管３５Ｊの凍結閉塞を回避する。また、圧力上昇の傾きが抑制不可であると判断した場合は、リリーフ圧に達する前にインジェクタ３３を駆動停止させることで、冷たいガスの供給を停止し、インジェクタ３３からの燃料ガスによる熱量低下を抑制し、T字型接続管３５Ｊの凍結閉塞を回避する。

以上で説明したように、本実施形態の燃料電池システム１では、通常、燃料ガス供給流路３５に配置されたインジェクタ（燃料供給装置）３３から供給される燃料ガスよりも循環流路３６に設置された循環ポンプ３８から供給される燃料ガスの方が温かいため、インジェクタ３３の下流に水分の凍結の可能性が検知・推定された場合、インジェクタ３３から供給される燃料ガスのガス量よりも循環流路３６に設置された循環ポンプ３８から供給される燃料ガスのガス量を相対的に増やす（すなわち、インジェクタ３３から供給される燃料ガスのガス量に対する循環ポンプ３８から供給される燃料ガスのガス量の比率を相対的に増大させる）ことにより、凍結箇所を効果的に温めることができ、水分の凍結による配管の閉塞を効果的に抑制することができる。

また、燃料ガス供給流路３５と循環流路３６とをT字型接続管３５Ｊで接続することにより、循環流路３６から供給される燃料ガスを、燃料ガス供給流路３５と循環流路３６との合流部の上流に設置されたインジェクタ３３側に効率的に（より多く）流すことができ、これによって、水分の凍結による配管の閉塞を更に効果的に抑制することができる。

なお、上記実施形態では、燃料電池１０に燃料ガスを供給する燃料供給装置として、インジェクタ３３を例示して説明したが、前記燃料供給装置としては、燃料ガス供給源３１から供給される燃料ガスを燃料電池１０へ向けて排出・供給するエジェクタを用いてもよい。

また、上記実施形態では、インジェクタ３３の下流に設置された圧力センサ３３Ｐから得られる圧力の上昇度合いから、インジェクタ３３の下流における水分の凍結ないし凍結閉塞を推定したが、例えば、インジェクタ３３の下流（T字型接続管３５Ｊなど）の配管温度や外気温などから、インジェクタ３３の下流における水分の凍結ないし凍結閉塞の推定を行ってもよいことは詳述するまでも無い。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…燃料電池システム、１０…燃料電池（燃料電池スタック）、２０…酸化ガス供給系、３０…燃料ガス供給系、３３…インジェクタ（燃料供給装置）、３３Ｐ…圧力センサ（二次側圧力センサ）、３５…燃料ガス供給流路（配管）、３５Ｊ…T字型接続管、３５Ｒ…リリーフ弁、３６…循環流路、３７…気液分離器、３８…循環ポンプ、４０…冷媒供給系、４１…ラジエータ、４２…冷媒ポンプ、４５…冷媒流路、５０…制御装置

Claims

燃料電池と、
前記燃料電池へ燃料ガスを供給するための燃料ガス供給流路と、
前記燃料ガス供給流路を通して前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料供給装置と、
前記燃料電池から排出された燃料オフガスを前記燃料ガス供給流路に循環させるための循環流路と、
前記循環流路に設置され、前記燃料オフガスを圧送して前記燃料ガス供給流路に循環させる循環ポンプと、
前記燃料ガス供給流路における前記燃料供給装置の下流に設置された圧力センサと、
前記燃料供給装置および前記循環ポンプの少なくとも一方の動作を制御し、前記圧力センサによって３回連続で凍結判定閾値以上の圧力上昇の傾きが計測された場合に、前記燃料供給装置の下流に水分の凍結が検知されたと判断する制御装置と、を備える燃料電池システムであって、
前記制御装置は、前記燃料供給装置の下流に水分の凍結が検知された場合に、前記燃料供給装置から供給される燃料ガスのガス量に対する前記循環ポンプから供給される燃料ガスのガス量の比率を相対的に増大させる、燃料電池システム。
前記燃料ガス供給流路における前記燃料供給装置の下流かつ前記循環流路との合流部の上流に前記圧力センサが設置されており、
前記制御装置は、前記圧力センサから得られる圧力の上昇度合いから、前記燃料供給装置の下流における水分の凍結を検知する、請求項１に記載の燃料電池システム。
前記制御装置は、前記燃料供給装置の下流に水分の凍結が検知された場合に、前記循環ポンプから供給される燃料ガスのガス量を増加させ、さらに前記燃料供給装置の下流に水分の凍結閉塞が検知された場合に、前記燃料供給装置を駆動停止させる、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
前記制御装置は、前記燃料供給装置の下流に水分の凍結が検知された場合に、前記燃料電池に供給される冷媒の冷媒温度目標値を上昇させる、請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
前記燃料ガス供給流路と前記循環流路とがT字型接続管により接続され、前記燃料ガス供給流路に対して前記循環流路が直交する方向で接続されており、前記燃料ガス供給流路における前記循環流路との合流部の上流に前記燃料供給装置が設置されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。