JP7140664B2 - Control device, control method, and fuel cell power generation system - Google Patents

Control device, control method, and fuel cell power generation system Download PDF

Info

Publication number
JP7140664B2
JP7140664B2 JP2018231058A JP2018231058A JP7140664B2 JP 7140664 B2 JP7140664 B2 JP 7140664B2 JP 2018231058 A JP2018231058 A JP 2018231058A JP 2018231058 A JP2018231058 A JP 2018231058A JP 7140664 B2 JP7140664 B2 JP 7140664B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
degassing
pipe
flow rate
hydrogen
control device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018231058A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020095800A (en
Inventor
悦朗 坂田
優作 永田
恭平 山下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Energy Systems and Solutions Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2018231058A priority Critical patent/JP7140664B2/en
Publication of JP2020095800A publication Critical patent/JP2020095800A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7140664B2 publication Critical patent/JP7140664B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は、制御装置、制御方法、及び燃料電池発電システムに関する。 The present invention relates to a control device, a control method, and a fuel cell power generation system.

燃料電池システムは、一般に燃料電池内の燃料極に供給される水素含有ガスと、燃料電池内の酸化剤極に供給される酸素含有ガスを用いて発電する。発電中に燃料極から排出されるアノードオフガスには未反応の水素が含まれている。このため、アノードオフガスを燃料電池に再供給し、発電に用いることがある。 A fuel cell system generally generates power using a hydrogen-containing gas supplied to a fuel electrode in the fuel cell and an oxygen-containing gas supplied to an oxidant electrode in the fuel cell. The anode off-gas discharged from the fuel electrode during power generation contains unreacted hydrogen. Therefore, the anode off-gas may be resupplied to the fuel cell and used for power generation.

アノードオフガスを循環させると、アノードオフガスに含まれる窒素などの不純物の濃度が時間の経過に従い増加し、燃料電池の電圧が低下する。このため、アノードオフガスを循環させる水素リサイクル管に脱気管を接続しておき、必要に応じて排脱気管の排出弁を開放して、窒素などをアノードオフガスの一部とともに排出する。これにより、発電に再利用するアノードオフガス中の不純物濃度などが低減される。ところが、排出弁の開放時間は、窒素などの濃度が十分に低下するように、長めの時間が設定されている場合がある。このような場合、より多くの水素が排出されることになり水素ガスの利用率を低下させてしまう恐れがある。 When the anode off-gas is circulated, the concentration of impurities such as nitrogen contained in the anode off-gas increases over time and the voltage of the fuel cell decreases. For this reason, a degassing pipe is connected to the hydrogen recycling pipe for circulating the anode off-gas, and if necessary, the discharge valve of the exhaust degassing pipe is opened to discharge nitrogen and the like together with part of the anode off-gas. As a result, the concentration of impurities in the anode off-gas that is reused for power generation is reduced. However, in some cases, the opening time of the discharge valve is set longer so that the concentration of nitrogen or the like is sufficiently reduced. In such a case, more hydrogen is discharged, which may reduce the utilization rate of hydrogen gas.

特開２００５－９３２３２号公報JP-A-2005-93232

本発明が解決しようとする課題は、水素ガスの利用率の低下を抑制可能な燃料電池発電システムの制御装置、制御方法、及び燃料電池発電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 power generation system controller, a control method, and a fuel cell power generation system capable of suppressing a decrease in the utilization rate of hydrogen gas.

本実施形態に係る制御装置は、燃料電池のアノードオフガスを再循環させ、原燃料と混ぜて再利用する水素リサイクル管から分岐する脱気管の脱気流量を制御する制御装置であって、前記脱気流量に関する情報を取得する取得部と、前記情報に基づき、前記脱気流量の変化に応じて前記脱気流量を調整する制御を行う制御部と、を備える。 A control device according to the present embodiment is a control device that recirculates the anode off-gas of a fuel cell and controls the degassing flow rate of a degassing pipe branching from a hydrogen recycling pipe that is mixed with the raw fuel and reused. An acquisition unit that acquires information about an air flow rate, and a control unit that performs control to adjust the degassing flow rate according to changes in the degassing flow rate based on the information.

本発明によれば、水素ガスの利用率の低下を抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fall of the utilization rate of hydrogen gas can be suppressed.

本実施形態に係る燃料電池発電システムの構成を説明するブロック図。1 is a block diagram for explaining the configuration of a fuel cell power generation system according to this embodiment; FIG. 制御装置の構成を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a control device; 記憶部に記憶されるテーブルの一例をグラフ化した図。FIG. 4 is a graph showing an example of a table stored in a storage unit; 制御装置の制御動作の一例を示すフローチャート。4 is a flow chart showing an example of the control operation of the control device; 第２実施形態係る制御装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the control apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 水素濃度と圧力との関係を示す図。The figure which shows the relationship between hydrogen concentration and pressure. 第２実施形態に係る制御装置の制御動作の一例を示すフローチャート。9 is a flowchart showing an example of control operation of a control device according to the second embodiment; 第３実施形態係る制御装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the control apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 脱気遮断弁が開状態になってからの水素濃度と圧力との関係を示す図。The figure which shows the relationship between hydrogen concentration and pressure after the degassing cutoff valve is opened. 第３実施形態に係る制御装置の制御動作の一例を示すフローチャート。10 is a flow chart showing an example of control operation of a control device according to a third embodiment;

以下、本発明の実施形態に係る制御装置、制御方法、及び燃料電池発電システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。また、本実施形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号又は類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。 Hereinafter, a control device, a control method, and a fuel cell power generation system according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments shown below are examples of embodiments of the present invention, and the present invention should not be construed as being limited to these embodiments. In addition, in the drawings referred to in this embodiment, the same reference numerals or similar reference numerals are given to the same portions or portions having similar functions, and repeated description thereof may be omitted. Also, the dimensional ratios in the drawings may differ from the actual ratios for convenience of explanation, and some of the configurations may be omitted from the drawings.

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る燃料電池発電システム１の構成を説明するブロック図である。この図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池システム１は、発電中に燃料電池の燃料極から排出されるアノードオフガスを再利用可能なシステムである。燃料電池システム１は、水素ガス供給管２と、酸素ガス供給管４と、水素リサイクル管６と、脱気管８と、燃料電池１００と、水素ガス供給装置１０２と、送風部１０４と、燃料遮断弁１０６と、調整弁１０８と、燃料流量計１１０と、第１圧損部１１２と、脱気遮断弁１１４と、第２圧損部１１６と、圧力計１１８と、温度計１２０と、制御装置２００とを備えて構成されている。ここで、水素ガスの利用率とは、水素ガス供給装置１０２から供給された水素が燃料電池１００の発電に使用される割合を意味する。 (First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram illustrating the configuration of a fuel cell power generation system 1 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 according to this embodiment is a system capable of reusing the anode off-gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell during power generation. The fuel cell system 1 includes a hydrogen gas supply pipe 2, an oxygen gas supply pipe 4, a hydrogen recycling pipe 6, a degassing pipe 8, a fuel cell 100, a hydrogen gas supply device 102, a blower 104, and a fuel cutoff. valve 106, regulating valve 108, fuel flow meter 110, first pressure loss portion 112, degassing cutoff valve 114, second pressure loss portion 116, pressure gauge 118, thermometer 120, and control device 200 is configured with Here, the hydrogen gas utilization rate means the rate at which the hydrogen supplied from the hydrogen gas supply device 102 is used for power generation by the fuel cell 100 .

水素ガス供給管２は、燃料電池１００の燃料極流路１００ａの入口部Ｊ１と水素ガス供給装置１０２との間に接続された供給管である。これにより、水素ガス供給管２は、水素ガス供給装置１０２から供給された水素含有ガスを燃料電池１００内の燃料極流路１００ａに供給する。 The hydrogen gas supply pipe 2 is a supply pipe connected between the inlet J1 of the fuel electrode flow path 100 a of the fuel cell 100 and the hydrogen gas supply device 102 . Thereby, the hydrogen gas supply pipe 2 supplies the hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen gas supply device 102 to the fuel electrode flow path 100 a in the fuel cell 100 .

酸素ガス供給管４は、燃料電池１００内の酸化剤極流路１００ｂの入口部に接続された供給管である。これにより、酸素ガス供給管４は、酸素含有ガスを燃料電池１００の酸化剤極流路１００ｂに供給する。 The oxygen gas supply pipe 4 is a supply pipe connected to the inlet portion of the oxidant electrode flow path 100b inside the fuel cell 100 . Thereby, the oxygen gas supply pipe 4 supplies the oxygen-containing gas to the oxidant electrode flow path 100 b of the fuel cell 100 .

水素リサイクル管６は、燃料電池１００内の燃料極流路１００ａの出口部Ｊ２と、水素ガス供給管２の合流部Ｊ３との間に接続された環流用の管である。水素リサイクル管６は、燃料極流路１００ａから排出されたアノードオフガスを水素ガス供給管２の合流部Ｊ３を介して環流させる。 The hydrogen recycling pipe 6 is a circulating pipe connected between the outlet J2 of the fuel electrode flow path 100 a in the fuel cell 100 and the junction J3 of the hydrogen gas supply pipe 2 . The hydrogen recycle pipe 6 circulates the anode off-gas discharged from the anode flow path 100a through the junction J3 of the hydrogen gas supply pipe 2 .

脱気管８は、水素リサイクル管６における送風部１０４と合流部Ｊ３との間に設けられた分岐部Ｊ４から分岐する管であり、アノードオフガスの一部を排出する。 The degassing pipe 8 is a pipe branching from a branching portion J4 provided between the air blowing portion 104 and the confluence portion J3 in the hydrogen recycling pipe 6, and discharges part of the anode off-gas.

燃料電池１００は、内部に水素含有ガスを燃料極（アノード）に供給する燃料極流路１００ａと、酸化剤極（カソード）に酸素含有ガスを供給する酸化剤流路１００ｂとを有し、燃料極に供給される水素含有ガスと、酸化剤極に供給される酸素含有ガスとを用いて発電する。酸素含有ガスは、例えば大気である。ここで、アノードオフガスは、燃料電池１００の発電中に燃料極流路１００ａから排出されるガスであり、未反応の水素ガスが含まれている。アノードオフガスには、酸化剤極に供給された酸素含有ガス中の窒素Ｎ２が混入する。このため、循環中のアノードオフガス（水素Ｈ２＋窒素Ｎ２）の窒素濃度が時間経過と共に増加し、逆にアノードオフガス中の水素濃度は減少する。 The fuel cell 100 has therein a fuel electrode channel 100a for supplying a hydrogen-containing gas to a fuel electrode (anode) and an oxidant channel 100b for supplying an oxygen-containing gas to an oxidant electrode (cathode). Electric power is generated using the hydrogen-containing gas supplied to the electrode and the oxygen-containing gas supplied to the oxidant electrode. An oxygen-containing gas is, for example, the atmosphere. Here, the anode off-gas is gas discharged from the fuel electrode flow path 100a during power generation of the fuel cell 100, and contains unreacted hydrogen gas. Nitrogen N2 in the oxygen-containing gas supplied to the oxidant electrode is mixed in the anode off-gas. Therefore, the nitrogen concentration of the circulating anode off-gas (hydrogen H 2 +nitrogen N 2 ) increases over time, and conversely, the hydrogen concentration in the anode off-gas decreases.

燃料電池１００は、複数の燃料電池セルを積層して構成されている。燃料電池１００は、（化学式１）で示す電気化学反応を利用して、電極から電気エネルギを取り出す。 The fuel cell 100 is configured by stacking a plurality of fuel cells. The fuel cell 100 utilizes the electrochemical reaction represented by (chemical formula 1) to extract electrical energy from electrodes.

（化学式１）
燃料極反応：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ－
酸化剤極反応：（１／２）Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ－→Ｈ２Ｏ (Chemical Formula 1)
Anode reaction: H 2 →2H + +2e −
Oxidant electrode reaction: (1/2) O 2 +2H + +2e − →H 2 O

水素ガス供給装置１０２は、水素ガス供給管２を介して、燃料電池１００の燃料極流路１００ａの上流側から水素含有ガスを供給する。また、水素ガス供給装置１０２として、水素ボンベなどを用いてもよい。なお、水素ガス供給装置１０２から供給される水素含有ガスの元圧である燃料元圧は一定値に保たれる。 The hydrogen gas supply device 102 supplies hydrogen-containing gas from the upstream side of the fuel electrode channel 100 a of the fuel cell 100 via the hydrogen gas supply pipe 2 . Alternatively, a hydrogen cylinder or the like may be used as the hydrogen gas supply device 102 . Note that the original fuel pressure, which is the original pressure of the hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen gas supply device 102, is maintained at a constant value.

送風部１０４は、例えばダイヤフラム式ポンプ、ルーツ式ポンプ、スクロール式ポンプであり、水素ガス供給管２の合流部Ｊ３よりも上流側の水素リサイクル管６に設けられている。この送風部１０４は、アノードオフガスを燃料極の下流側から吸引し、リサイクルガス流路６の送風部１０４より下流側に排出する。 The air blower 104 is, for example, a diaphragm pump, a Roots pump, or a scroll pump, and is provided in the hydrogen recycling pipe 6 on the upstream side of the junction J3 of the hydrogen gas supply pipe 2 . The air blower 104 sucks the anode off-gas from the downstream side of the fuel electrode and discharges it downstream from the air blower 104 in the recycle gas flow path 6 .

燃料遮断弁１０６は、水素ガス供給管２を開閉する。燃料遮断弁１０６を開放している場合に、水素ガス供給装置１０２から水素ガス供給管２に水素が供給される。一方で、燃料遮断弁１０６を閉じている場合に、水素ガス供給装置１０２から水素ガス供給管２への水素供給は遮断される。 A fuel cutoff valve 106 opens and closes the hydrogen gas supply pipe 2 . When the fuel cutoff valve 106 is opened, hydrogen is supplied from the hydrogen gas supply device 102 to the hydrogen gas supply pipe 2 . On the other hand, when the fuel cutoff valve 106 is closed, hydrogen supply from the hydrogen gas supply device 102 to the hydrogen gas supply pipe 2 is cut off.

調整弁１０８は、燃料遮断弁１０６の弁が開けられている場合に、弁の開度により水素ガス供給装置１０２から水素ガス供給管２への水素供給量を調整する。なお、本実施形態に係る水素ガス供給管２には、燃料遮断弁１０６、及び調整弁１０８が設けられているが、これに限定されず、例えば燃料遮断弁１０６のみを設け、燃料遮断弁１０６の開閉制御により、所定量の原燃料である水素を水素リサイクル管６に供給してもよい。また、原燃料が供給されている間において、燃料電池１００の発電出力または電流値は所定値以上に維持されている。 The adjustment valve 108 adjusts the amount of hydrogen supplied from the hydrogen gas supply device 102 to the hydrogen gas supply pipe 2 according to the degree of opening of the fuel cutoff valve 106 when the valve is open. The hydrogen gas supply pipe 2 according to the present embodiment is provided with the fuel cutoff valve 106 and the adjustment valve 108, but is not limited to this. A predetermined amount of hydrogen, which is the raw fuel, may be supplied to the hydrogen recycling pipe 6 by opening/closing control of . Further, while the raw fuel is being supplied, the power generation output or current value of the fuel cell 100 is maintained at a predetermined value or more.

燃料流量計１１０は、水素ガス供給管２内を流れる水素の流量を計測する。 A fuel flow meter 110 measures the flow rate of hydrogen flowing through the hydrogen gas supply pipe 2 .

第１圧損部１１２は、例えば流量オリフィスであり、水素ガス供給管２と水素リサイクル管６との合流部Ｊ３と、水素リサイクル管６と脱気管８との分岐部Ｊ４の間に配置される。例えば、水素リサイクル管６内のアノードオフガスの流量が一定であり、且つ水素ガス供給管２における燃料元圧が一定であると、水素リサイクル管６内のアノードオフガス中の窒素が上昇すると、バランス上、流量オリフィスのデルタ圧力が上昇する。これにより、流量オリフィスの上流側の圧力、すなわち分岐部Ｊ４を含む領域の圧力が上昇する。 The first pressure loss portion 112 is, for example, a flow orifice, and is arranged between the junction J3 of the hydrogen gas supply pipe 2 and the hydrogen recycling pipe 6 and the branching portion J4 of the hydrogen recycling pipe 6 and the degassing pipe 8 . For example, if the flow rate of the anode off-gas in the hydrogen recycling pipe 6 is constant and the fuel source pressure in the hydrogen gas supply pipe 2 is constant, if the nitrogen in the anode off-gas in the hydrogen recycling pipe 6 increases, the balance will be , the delta pressure at the flow orifice increases. As a result, the pressure on the upstream side of the flow orifice, that is, the pressure in the region including the branch J4 increases.

脱気遮断弁１１４は、アノードオフガスの一部を排出する脱気管８を開閉する。脱気遮断弁１１４の弁を閉じている場合に脱気管８は遮断される。これにより、水素リサイクル管６からの脱気は遮断される。一方で、脱気遮断弁１１４の弁を開けている場合に水素リサイクル管６からの脱気が行われる。
第２圧損部１１６は、例えば脱気流量オリフィスであり、脱気管８の分岐部Ｊ４と脱気遮断弁１１４との間に配置される。 The degassing cutoff valve 114 opens and closes the degassing pipe 8 for discharging part of the anode off-gas. The deaeration pipe 8 is blocked when the deaeration shut-off valve 114 is closed. As a result, degassing from the hydrogen recycling pipe 6 is blocked. On the other hand, when the deaeration cutoff valve 114 is open, deaeration from the hydrogen recycling pipe 6 is performed.
The second pressure loss portion 116 is, for example, a degassing flow rate orifice, and is arranged between the branch portion J4 of the degassing pipe 8 and the degassing cutoff valve 114 .

圧力計１１８は、水素リサイクル管６の送風部１０４と分岐部Ｊ４との間に設けられている。これにより、圧力計１１８は、分岐部Ｊ４より上流側の水素リサイクル管６内の圧力を測定する。 A pressure gauge 118 is provided between the blower portion 104 of the hydrogen recycling pipe 6 and the branch portion J4. Thereby, the pressure gauge 118 measures the pressure inside the hydrogen recycling pipe 6 on the upstream side of the branch J4.

温度計１２０は、水素リサイクル管６の送風部１０４と分岐部Ｊ４との間に設けられている。これにより、温度計１２０は、分岐部Ｊ４より上流側の水素リサイクル管６内の温度を測定する。 A thermometer 120 is provided between the blower portion 104 of the hydrogen recycling pipe 6 and the branch portion J4. Thereby, the thermometer 120 measures the temperature inside the hydrogen recycling pipe 6 on the upstream side of the branch J4.

図２は、制御装置２００の構成を示すブロック図である。この図２に示すように、制御装置２００は、燃料電池発電システム１全体を制御する。制御装置２００は、プロセッサを含んで構成されており、必要なプログラムを記憶部２０２から読み出して実行することで、各種の機能を実現する。すなわち、制御装置２００は、記憶部２０２と、取得部２０４と、脱気流量演算部２０６と、制御部２０８とを備えて構成されている。 FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the control device 200. As shown in FIG. As shown in FIG. 2, the control device 200 controls the fuel cell power generation system 1 as a whole. The control device 200 includes a processor, and implements various functions by reading necessary programs from the storage unit 202 and executing them. That is, the control device 200 includes a storage section 202 , an acquisition section 204 , a degassing flow rate calculation section 206 and a control section 208 .

記憶部２０２は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等により実現される。記憶部２０２は、脱気管８から排出される脱気流量と水素リサイクル管６内の水素濃度の関係を示すテーブルを記憶している。また、記憶部２０２は、水素ガス供給管２内を流れる水素の流量と水素リサイクル管６内の水素濃度の関係を示すテーブルを記憶している。 The storage unit 202 is implemented by, for example, a RAM (Random Access Memory), a semiconductor memory device such as a flash memory, a hard disk, an optical disk, or the like. The storage unit 202 stores a table showing the relationship between the degassing flow rate discharged from the degassing pipe 8 and the hydrogen concentration in the hydrogen recycling pipe 6 . The storage unit 202 also stores a table showing the relationship between the flow rate of hydrogen flowing through the hydrogen gas supply pipe 2 and the hydrogen concentration inside the hydrogen recycling pipe 6 .

図３は、記憶部２０２に記憶されるテーブルの一例をグラフ化した図である。脱気流量と水素濃度の関係を示すグラフである。縦軸は脱気流量を示し、横軸は水素濃度を示す。ここでは、調整弁１０８の弁の開度を固定することにより所定量の原燃料である水素が水素リサイクル管６に供給されている場合を示している。すなわち、脱気遮断弁１１４が開状態となり、アノードオフガスの脱気が開始されると脱気流量が次第に増加する。これは、アノードオフガス中の窒素濃度が減少し、アノードオフガスの密度が次第に減少することにより流量が増加するためである。 FIG. 3 is a graph showing an example of a table stored in the storage unit 202. As shown in FIG. It is a graph which shows the relationship between a degassing flow rate and hydrogen concentration. The vertical axis indicates the degassing flow rate, and the horizontal axis indicates the hydrogen concentration. Here, a case is shown in which a predetermined amount of hydrogen, which is the raw fuel, is supplied to the hydrogen recycle pipe 6 by fixing the opening degree of the adjustment valve 108 . That is, when the degassing cutoff valve 114 is opened and degassing of the anode off-gas is started, the degassing flow rate gradually increases. This is because the nitrogen concentration in the anode off-gas decreases and the density of the anode off-gas decreases gradually, thereby increasing the flow rate.

取得部２０４は、脱気管８から脱気される脱気流量に関する値を取得する。例えば、取得部２０４は、脱気遮断弁１１４が遮断された状態での燃料流量計１１０で計測された第１流量と、脱気遮断弁１１４が開状態での燃料流量計１１０で計測された第２流量を取得する。また、取得部２０４は、圧力計１１８により計測された圧力と、温度計１２０により計測された温度を取得する。 The acquisition unit 204 acquires a value related to the degassing flow rate degassed from the degassing pipe 8 . For example, the acquisition unit 204 determines the first flow rate measured by the fuel flow meter 110 when the degassing cutoff valve 114 is closed, and the fuel flow rate measured by the fuel flow meter 110 when the degassing cutoff valve 114 is open. Obtain a second flow rate. The obtaining unit 204 also obtains the pressure measured by the pressure gauge 118 and the temperature measured by the thermometer 120 .

脱気流量演算部２０６は、燃料流量計１１０で計測された流量に基づき、脱気流量を演算する。例えば、脱気流量演算部２０６は、取得部２０４により取得された第２流量と第１流量との差分を脱気流量として演算する。 The degassing flow rate calculation unit 206 calculates the degassing flow rate based on the flow rate measured by the fuel flow meter 110 . For example, the degassing flow rate computing unit 206 computes the difference between the second flow rate and the first flow rate acquired by the acquiring unit 204 as the degassing flow rate.

制御部２０８は、燃料電池１００の発電時には、燃料遮断弁１０６を開状態とし、調整弁１０８の弁の開度を固定することにより所定量の原燃料である水素を水素リサイクル管６に供給する。すなわち、水素ガス供給装置１０２から供給される水素含有ガスの元圧である燃料元圧は一定値に保たれる。一方で、燃料遮断弁１０６を閉状態として、燃料電池１００の発電を停止する。 During power generation of the fuel cell 100, the control unit 208 opens the fuel cutoff valve 106 and fixes the opening of the adjustment valve 108 to supply a predetermined amount of hydrogen, which is the raw fuel, to the hydrogen recycling pipe 6. . That is, the original fuel pressure, which is the original pressure of the hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen gas supply device 102, is maintained at a constant value. On the other hand, the fuel cutoff valve 106 is closed to stop the power generation of the fuel cell 100 .

また、制御部２０８は、燃料電池１００の発電時に、脱気遮断弁１１４の開閉制御を行う。これにより、アノードオフガス中の水素濃度の制御を行う。より詳細には、脱気遮断弁１１４を閉じてから所定の時間が経過すると、脱気遮断弁１１４を開ける制御を行う。これにより、上述のように、アノードオフガスの脱気が開始されると脱気流量が次第に増加する。 Further, the control unit 208 controls the opening and closing of the degassing cutoff valve 114 when the fuel cell 100 is generating power. Thereby, the concentration of hydrogen in the anode off-gas is controlled. More specifically, control is performed to open the degassing shutoff valve 114 after a predetermined time has elapsed since the degassing shutoff valve 114 was closed. As a result, as described above, the degassing flow rate gradually increases when degassing of the anode off-gas is started.

制御部２０８は、取得部２０４が取得した脱気流量に関する値の変化に応じて、脱気管８から脱気される脱気流量を調整する制御を行う。すなわち、制御部２０８は、燃料電池１００に供給される所定量の原燃料（Ｈ２）に対する脱気流量が所定値に達すると、脱気管８からの脱気を遮断する制御を行う。 The control unit 208 performs control to adjust the degassing flow rate degassed from the degassing pipe 8 according to the change in the degassing flow rate value acquired by the acquisition unit 204 . That is, the control unit 208 performs control to cut off degassing from the degassing pipe 8 when the deaeration flow rate for a predetermined amount of raw fuel (H 2 ) supplied to the fuel cell 100 reaches a predetermined value.

より具体的には、制御部２０８は、脱気流量演算部２０６が演算した差分値、すなわち脱気流量が所定の第１閾値に達すると、脱気管８からの脱気を遮断する制御を行う。第１閾値は、記憶部２０２に記憶されるテーブルを用いて、目的とする水素濃度の値に基づき設定される。これにより、水素濃度が所定値に達した時点で、脱気管８からの脱気を遮断する制御を行うので、水素濃度を所定の濃度以下まで低下できる。また、この制御は、燃料流量計１１０の計測値のみで行えるので、燃料電池発電システム１を簡略化できる。 More specifically, when the difference value calculated by the degassing flow calculation unit 206, that is, the degassing flow reaches a predetermined first threshold value, the control unit 208 performs control to cut off degassing from the degassing pipe 8. . The first threshold is set based on the target hydrogen concentration using a table stored in the storage unit 202 . As a result, when the hydrogen concentration reaches a predetermined value, control is performed to cut off the degassing from the degassing pipe 8, so the hydrogen concentration can be lowered to the predetermined concentration or less. Moreover, since this control can be performed only by the measurement value of the fuel flow meter 110, the fuel cell power generation system 1 can be simplified.

また、脱気遮断弁１１４が開状態で計測された第２流量は、閉状態で計測された第１流量と脱気流量との加算値となる関係にある。第１流量は固定値であるので、制御部２０８は、水素ガス供給管２における原燃料の流量が所定の第２閾値に達すると、脱気管８からの脱気を遮断する制御を行ってもよい。第２閾値は、記憶部２０２に記憶されるテーブルを用いて、目的とする水素濃度の値に基づき設定される。これにより、水素濃度が所定値に達した時点で、脱気管８からの脱気を遮断する制御を行うので、水素濃度を所定の濃度以下まで低下できる。この場合には、演算処理を省略可能となり、制御処理をより簡略化できる。 Also, the second flow rate measured when the degassing cutoff valve 114 is open is in a relationship of being the sum of the first flow rate and the degassing flow rate measured when the degassing cutoff valve 114 is closed. Since the first flow rate is a fixed value, the control unit 208 performs control to cut off degassing from the degassing pipe 8 when the flow rate of the raw fuel in the hydrogen gas supply pipe 2 reaches the predetermined second threshold value. good. The second threshold is set based on the target hydrogen concentration using a table stored in the storage unit 202 . As a result, when the hydrogen concentration reaches a predetermined value, control is performed to cut off the degassing from the degassing pipe 8, so the hydrogen concentration can be lowered to the predetermined concentration or less. In this case, arithmetic processing can be omitted, and control processing can be simplified.

更にまた、図３に示したように、水素濃度に対する脱気流量の増加量の変化は一定の特性を有する。このため、制御部２０８は、脱気流量の変化速度が所定値以上となるまで、脱気管８からの脱気を継続する制御を行ってもよい。すなわち、制御部２０８は、脱気流量の変化速度、例えば脱気流量の時間微分値が所定値以上となると、脱気遮断弁１１４を閉じる制御を行ってもよい。この場合には、水素ガス供給管２に供給される燃料元圧の変動による影響を低減可能となる。 Furthermore, as shown in FIG. 3, the change in the amount of increase in the degassing flow rate with respect to the hydrogen concentration has a constant characteristic. Therefore, the control unit 208 may perform control to continue degassing from the degassing pipe 8 until the rate of change in the degassing flow rate reaches or exceeds a predetermined value. That is, the control unit 208 may perform control to close the degassing cutoff valve 114 when the rate of change in the degassing flow rate, for example, the time differential value of the degassing flow rate reaches or exceeds a predetermined value. In this case, it is possible to reduce the influence of fluctuations in the original pressure of the fuel supplied to the hydrogen gas supply pipe 2 .

ここで、プロセッサという文言は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、或いは、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ： ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Ｓｉｍｐｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ： ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ： ＣＰＬＤ）、及び、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ： ＦＰＧＡ）等の回路を意味する。なお、記憶部２０２にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むように構成して構わない。また、制御装置２００内の各構成を電子回路で実現してもよい。 Here, the word processor includes, for example, CPU (Central Processing Unit), GPU (Graphics Processing Unit), or Application Specific Integrated Circuit (ASIC), programmable logic device (for example, simple programmable logic device (Simple Programmable Logic Device: SPLD), Complex Programmable Logic Device (CPLD), Field Programmable Gate Array (FPGA) and other circuits. , the program may be directly embedded in the circuit of the processor, and each component in the control device 200 may be realized by an electronic circuit.

以上が本実施形態に係る燃料電池システム１の構成の説明であるが、次に制御装置２００の制御動作例について説明する。図４は、制御装置２００の制御動作の一例を示すフローチャートである。ここでは、脱気遮断弁１１４が遮断された状態で燃料流量計１１０により計測された第１流量は既に取得されており、脱気遮断弁１１４を開けて、脱気を開始した時点からの制御例を説明する。 The configuration of the fuel cell system 1 according to the present embodiment has been described above. Next, an example of the control operation of the control device 200 will be described. FIG. 4 is a flow chart showing an example of the control operation of the control device 200. As shown in FIG. Here, the first flow rate measured by the fuel flow meter 110 with the degassing shutoff valve 114 shut off has already been acquired, and the control from the time the degassing shutoff valve 114 is opened and degassing is started. I will explain an example.

まず、取得部２０４は、脱気遮断弁１１４が開状態での燃料流量計１１０で計測された第２流量を取得する（ステップＳ１００）。 First, the acquisition unit 204 acquires the second flow rate measured by the fuel flow meter 110 with the degassing cutoff valve 114 in the open state (step S100).

次に、脱気流量演算部２０６は、燃料流量計１１０で計測された第２流量に基づき、脱気流量を演算する（ステップＳ１０２）。すなわち、脱気流量演算部２０６は、取得部２０４により取得された第２流量と第１流量との差分を脱気流量として演算する。 Next, the degassing flow rate calculator 206 calculates the degassing flow rate based on the second flow rate measured by the fuel flow meter 110 (step S102). That is, the degassing flow rate calculation unit 206 calculates the difference between the second flow rate and the first flow rate obtained by the obtaining unit 204 as the degassing flow rate.

次に、制御部２０８は、脱気流量が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。脱気流量が所定値未満である場合（ステップＳ１０４のＮｏ）、制御部２０８は、ステップＳ１００からの処理を繰り返す。 Next, the control unit 208 determines whether or not the degassing flow rate is equal to or greater than a predetermined value (step S104). If the degassing flow rate is less than the predetermined value (No in step S104), the control unit 208 repeats the processing from step S100.

一方で、脱気流量が所定値以上である場合、（ステップＳ１０４のＹｅｓ）、制御部２０８は、脱気遮断弁１１４を遮断し（ステップＳ１０６）、全体処理を終了する。 On the other hand, if the degassing flow rate is equal to or greater than the predetermined value (Yes in step S104), the control unit 208 shuts off the degassing cutoff valve 114 (step S106) and ends the overall process.

以上のように、本実施形態によれば、制御部２０８は、脱気流量が所定値以上となった場合に脱気遮断弁１１４を閉じることとした。水素濃度と水素濃度に対する脱気流量の増加量とは一定の関係を有するので、水素濃度が所定値に達した時点で、脱気管８からの脱気を遮断することが可能となる。これにより、燃料電池１００の電圧を所定値以上に維持した状態で、水素利用効率の低下が抑制される。 As described above, according to the present embodiment, the control unit 208 closes the degassing cutoff valve 114 when the degassing flow rate exceeds the predetermined value. Since the hydrogen concentration and the amount of increase in the degassing flow rate with respect to the hydrogen concentration have a certain relationship, degassing from the degassing pipe 8 can be cut off when the hydrogen concentration reaches a predetermined value. As a result, while the voltage of the fuel cell 100 is maintained at a predetermined value or higher, a decrease in hydrogen utilization efficiency is suppressed.

（第２実施形態）
第２実施形態係る燃料電池システム１は、水素リサイクル管６内の圧力、及び温度の内の少なくともいずれかに応じて、制御部２０８の制御値を補正する機能を有することで、第１実施形態に係る燃料電池発電システム１と相違する。以下では相違する点に関して説明する。 (Second embodiment)
The fuel cell system 1 according to the second embodiment has a function of correcting the control value of the control unit 208 according to at least one of the pressure and the temperature inside the hydrogen recycling pipe 6, so that the fuel cell system 1 according to the first embodiment It is different from the fuel cell power generation system 1 according to. Differences will be described below.

図５は、第２実施形態に係る制御装置２００の構成を示すブロック図である。本実施形態係る制御装置２００は、水素濃度演算部２１０と、補正演算部２１２と、閉時間調整部２１４とを更に有することで、第１実施形態係る制御装置２００と相違する。 FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the control device 200 according to the second embodiment. The control device 200 according to the present embodiment is different from the control device 200 according to the first embodiment in that it further includes a hydrogen concentration calculation section 210, a correction calculation section 212, and a closing time adjustment section 214. FIG.

水素濃度演算部２１０は、脱気流量演算部２０６が演算した脱気流量の値を記憶部２０２に記憶される変換テーブルに基づき、水素濃度に変換する。 The hydrogen concentration calculation unit 210 converts the value of the degassing flow rate calculated by the degassing flow rate calculation unit 206 into a hydrogen concentration based on the conversion table stored in the storage unit 202 .

補正演算部２１２は、脱気遮断弁１１４が閉状態で取得部２０４が取得した圧力計１１８により計測された圧力、及び温度計１２０により計測された温度の少なくとも一方に基づき、水素濃度演算部２１０により演算された水素濃度を補正する。これにより、脱気遮断弁１１４が開状態となる前の水素リサイクル管６内の圧力、及び温度変動の影響を低減可能となる。ここでの圧力変動は、送風部１０４の送風力の変動が主因である。 The correction calculation unit 212 corrects the hydrogen concentration calculation unit 210 based on at least one of the pressure measured by the pressure gauge 118 and the temperature measured by the thermometer 120 acquired by the acquisition unit 204 with the degassing cutoff valve 114 closed. Correct the hydrogen concentration calculated by This makes it possible to reduce the influence of pressure and temperature fluctuations in the hydrogen recycling pipe 6 before the degassing cutoff valve 114 is opened. The main cause of the pressure fluctuation here is the fluctuation of the blowing force of the blowing section 104 .

図６は、脱気遮断弁１１４が開状態になってからの水素リサイクル管６内の水素濃度６０４と圧力６０６との関係を示す図である。指示線６００は脱気遮断弁１１４の開閉状態を示している。すなわち、期間６０２が脱気遮断弁１１４の閉状態の期間を示している。横軸は時間を示し、縦軸は水素濃度と圧力を示している。 FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the hydrogen concentration 604 and the pressure 606 in the hydrogen recycling pipe 6 after the degassing cutoff valve 114 is opened. An indicator line 600 indicates the open/closed state of the degassing cutoff valve 114 . That is, the period 602 indicates the period during which the degassing cutoff valve 114 is closed. The horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates hydrogen concentration and pressure.

図６に示すように、脱気遮断弁１１４の閉状態の時間が長くなるに従い水素リサイクル管６内の水素濃度６０４は低下する。一方で、脱気遮断弁１１４を閉状態にする閉期間が長くなるに従い水素リサイクル管６内の圧力６０６は増加する。これから分かるように、脱気遮断弁１１４の閉期間が短くなるに従い、水素リサイクル管６内の水素濃度６０４の低下は抑制される。 As shown in FIG. 6, the hydrogen concentration 604 in the hydrogen recycling pipe 6 decreases as the degassing cutoff valve 114 is kept closed for a longer period of time. On the other hand, the pressure 606 in the hydrogen recycling pipe 6 increases as the closed period of the degassing cutoff valve 114 increases. As can be seen from this, the decrease in the hydrogen concentration 604 in the hydrogen recycling pipe 6 is suppressed as the degassing cutoff valve 114 is closed for a shorter period.

閉時間調整部２１４は、脱気遮断弁１１４が開状態になってから脱気流量が所定値以上になる脱気時間を記憶部２０２に記憶する。脱気時間は、水素リサイクル管６内の水素濃度が所定値に達するまでの時間である。 The closed time adjustment unit 214 stores in the storage unit 202 the deaeration time from when the deaeration cutoff valve 114 is opened to when the deaeration flow rate reaches or exceeds a predetermined value. The degassing time is the time until the hydrogen concentration in the hydrogen recycling pipe 6 reaches a predetermined value.

制御部２０８は、脱気時間が長くなるに従い脱気遮断弁１１４を閉状態にする閉期間をより短くする。図６に示すように、閉期間が短くなるに従い水素リサイクル管６内の水素濃度の低下が抑制される。このように、脱気時間が一定値になるように脱気遮断弁１１４を閉状態にする閉期間を制御すると、水素リサイクル管６内の水素濃度が所定値よりも低下することが抑制される。 The control unit 208 shortens the closing period for closing the deaeration cutoff valve 114 as the deaeration time becomes longer. As shown in FIG. 6, the decrease in the hydrogen concentration in the hydrogen recycling pipe 6 is suppressed as the closed period is shortened. By controlling the closing period of the degassing cutoff valve 114 so that the degassing time is constant, the hydrogen concentration in the hydrogen recycling pipe 6 is prevented from falling below a predetermined value. .

以上が本実施形態に係る燃料電池システム１の構成の説明であるが、次に制御装置２００の制御動作例について説明する。図７は、第２実施形態に係る制御装置２００の制御動作の一例を示すフローチャートである。 The configuration of the fuel cell system 1 according to the present embodiment has been described above. Next, an example of the control operation of the control device 200 will be described. FIG. 7 is a flow chart showing an example of the control operation of the control device 200 according to the second embodiment.

まず、取得部２０４は、脱気遮断弁１１４が閉状態での燃料流量計１１０で計測された第１流量、圧力計１１８により計測された圧力、及び温度計１２０により計測された温度を取得する（ステップＳ２００）。 First, the acquisition unit 204 acquires the first flow rate measured by the fuel flow meter 110 when the degassing cutoff valve 114 is closed, the pressure measured by the pressure gauge 118, and the temperature measured by the thermometer 120. (Step S200).

次に、制御部２０８は、脱気遮断弁１１４を開状態にする（ステップＳ２０２）。続けて、取得部２０４は、脱気遮断弁１１４が開状態での燃料流量計１１０で計測された第２流量を取得する（ステップＳ２０４）。 Next, the controller 208 opens the degassing cutoff valve 114 (step S202). Subsequently, the acquisition unit 204 acquires the second flow rate measured by the fuel flow meter 110 with the degassing cutoff valve 114 in the open state (step S204).

次に、脱気流量演算部２０６は、燃料流量計１１０で計測された第１流量及び第２流量に基づき、脱気流量を演算する（ステップＳ２０６）。続けて、水素濃度演算部２１０は、脱気流量演算部２０６が演算した脱気流量の値に基づき、水素濃度に変換する（ステップＳ２０８）。 Next, the degassing flow rate calculation unit 206 calculates the degassing flow rate based on the first flow rate and the second flow rate measured by the fuel flow meter 110 (step S206). Subsequently, the hydrogen concentration calculation unit 210 converts the value of the degassing flow rate calculated by the degassing flow rate calculation unit 206 into a hydrogen concentration (step S208).

次に、補正演算部２１２は、圧力計１１８により計測された圧力、及び温度計１２０により計測された温度に基づき、水素濃度演算部２１０により演算された水素濃度を補正する（ステップＳ２１０）。 Next, the correction calculator 212 corrects the hydrogen concentration calculated by the hydrogen concentration calculator 210 based on the pressure measured by the pressure gauge 118 and the temperature measured by the thermometer 120 (step S210).

次に、制御部２０８は、水素濃度が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２１２）。水素濃度が所定値以上である場合（ステップＳ２１２のＹＥＳ）、制御部２０８は、ステップＳ２０４からの処理を繰り返す。 Next, the control unit 208 determines whether the hydrogen concentration is equal to or higher than a predetermined value (step S212). If the hydrogen concentration is equal to or greater than the predetermined value (YES in step S212), control unit 208 repeats the process from step S204.

一方で、水素濃度が所定値未満である場合、（ステップＳ２１２のＮＯ）、制御部２０８は、脱気遮断弁１１４を遮断し（ステップＳ２１４）、全体処理を終了する。 On the other hand, if the hydrogen concentration is less than the predetermined value (NO in step S212), the control unit 208 shuts off the degassing cutoff valve 114 (step S214) and ends the overall process.

以上のように、本実施形態によれば、脱気流量演算部２０６が脱気流量に基づき演算した水素濃度を、水素リサイクル管６内の圧力、及び温度の少なくとも一方を用いて補正演算部２１２が補正することとした。そして、制御部２０８は、補正した水素濃度が所定値未満となった場合に脱気遮断弁１１４を閉状態にすることにした。これにより、脱気遮断弁１１４の閉状態における水素リサイクル管６内の圧力、及び温度変動の影響を低減した状態で水素リサイクル管６内の水素濃度の制御が可能となる。 As described above, according to the present embodiment, the hydrogen concentration calculated by the degassing flow rate calculating unit 206 based on the degassing flow rate is corrected by the correction calculating unit 212 using at least one of the pressure and temperature in the hydrogen recycling pipe 6. decided to correct. Then, the control unit 208 closes the degassing cutoff valve 114 when the corrected hydrogen concentration becomes less than the predetermined value. This makes it possible to control the hydrogen concentration in the hydrogen recycling pipe 6 while reducing the influence of pressure and temperature fluctuations in the hydrogen recycling pipe 6 when the degassing cutoff valve 114 is closed.

（第３実施形態）
第３実施形態係る燃料電池システム１は、水素リサイクル管６内の圧力により脱気遮断弁１１４の開状態の期間を制御する点で、第２実施形態に係る燃料電池発電システム１と相違する。以下では相違する点に関して説明する。 (Third Embodiment)
The fuel cell system 1 according to the third embodiment differs from the fuel cell power generation system 1 according to the second embodiment in that the pressure in the hydrogen recycling pipe 6 controls the open state period of the degassing cutoff valve 114 . Differences will be described below.

図８は、第３実施形態係る制御装置２００の構成を示すブロック図である。本実施形態係る制御装置２００は、水素濃度変換部２１６を更に有することで、第２実施形態係る制御装置２００と相違する。 FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of a control device 200 according to the third embodiment. The control device 200 according to this embodiment is different from the control device 200 according to the second embodiment in that it further includes a hydrogen concentration conversion section 216 .

図９は、脱気遮断弁１１４が開状態になってからの水素リサイクル管６内の水素濃度９０４と圧力９０６との関係を示す図である。指示線９００は脱気遮断弁１１４の開閉状態を示している。すなわち、期間９０２が燃料遮断弁１０６の開状態の期間を示している。横軸は時間を示し、縦軸は水素濃度と圧力を示している。 FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the hydrogen concentration 904 and the pressure 906 in the hydrogen recycling pipe 6 after the degassing cutoff valve 114 is opened. An indicator line 900 indicates the open/closed state of the degassing cutoff valve 114 . That is, the period 902 indicates the period during which the fuel cutoff valve 106 is open. The horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates hydrogen concentration and pressure.

図９に示すように、脱気遮断弁１１４の開状態の時間が長くなるに従い水素リサイクル管６内の水素濃度９０４は増加する。一方で、開状態の時間が長くなるに従い水素リサイクル管６内の圧力９０６は低下する。これから分かるように、水素リサイクル管６内の圧力９０６に基づき、水素リサイクル管６内の水素濃度９０４を取得することが可能である。 As shown in FIG. 9, the hydrogen concentration 904 in the hydrogen recycling pipe 6 increases as the degassing cutoff valve 114 remains open longer. On the other hand, the pressure 906 in the hydrogen recycling pipe 6 decreases as the open state lengthens. As can be seen, the hydrogen concentration 904 inside the hydrogen recycling pipe 6 can be obtained based on the pressure 906 inside the hydrogen recycling pipe 6 .

記憶部２０２は、例えば図９に示す特性に基づき生成された、水素リサイクル管６内の圧力９０６を水素リサイクル管６内の水素濃度９０４に変換する変換テーブルを記憶している。すなわち、変換テーブルは、圧力９０６の値が低下するに従い水素濃度９０４の値が増加するように変換するテーブルである。 The storage unit 202 stores a conversion table for converting the pressure 906 in the hydrogen recycling pipe 6 into the hydrogen concentration 904 in the hydrogen recycling pipe 6, which is generated based on the characteristics shown in FIG. 9, for example. That is, the conversion table is a table that converts so that the value of hydrogen concentration 904 increases as the value of pressure 906 decreases.

水素濃度変換部２１６は、取得部２０４が取得した水素リサイクル管６内の圧力を記憶部２０２に記憶される変換テーブルに基づき、水素濃度に変換する。制御部２０８は、水素濃度変換部２１６により変換された水素濃度に基づき、脱気遮断弁１１４の開状態の時間を制御する。 The hydrogen concentration conversion unit 216 converts the pressure inside the hydrogen recycling pipe 6 acquired by the acquisition unit 204 into a hydrogen concentration based on the conversion table stored in the storage unit 202 . Based on the hydrogen concentration converted by the hydrogen concentration conversion unit 216, the control unit 208 controls the open state time of the degassing cutoff valve 114. FIG.

また、制御部２０８は、水素リサイクル管６内の圧力９０６の変化速度が所定値定以下になると、脱気管８からの脱気を遮断する制御を行ってもよい。或いは、制御部２０８は、水素リサイクル管６内の圧力９０６が所定値定以下になると、脱気管８からの脱気を遮断する制御を行ってもよい。 Further, the control unit 208 may perform control to cut off the deaeration from the deaeration pipe 8 when the rate of change of the pressure 906 in the hydrogen recycling pipe 6 becomes equal to or less than a predetermined value. Alternatively, the control unit 208 may perform control to cut off the deaeration from the deaeration pipe 8 when the pressure 906 in the hydrogen recycling pipe 6 is below a predetermined value.

以上が本実施形態に係る燃料電池システム１の構成の説明であるが、次に制御装置２００の制御動作例について説明する。図１０は、第３実施形態に係る制御装置２００の制御動作の一例を示すフローチャートである。ここでは、脱気遮断弁１１４を開けて、脱気を開始した時点からの制御例を説明する。 The configuration of the fuel cell system 1 according to the present embodiment has been described above. Next, an example of the control operation of the control device 200 will be described. FIG. 10 is a flow chart showing an example of the control operation of the control device 200 according to the third embodiment. Here, an example of control from when the degassing cutoff valve 114 is opened and degassing is started will be described.

まず、取得部２０４は、圧力計１１８により計測された圧力を取得する（ステップＳ１００２）。 First, the acquisition unit 204 acquires the pressure measured by the pressure gauge 118 (step S1002).

次に、水素濃度変換部２１６は、圧力計１１８により計測された圧力を水素濃度に変換する（ステップＳ１００４）。 Next, the hydrogen concentration converter 216 converts the pressure measured by the pressure gauge 118 into hydrogen concentration (step S1004).

次に、制御部２０８は、水素濃度が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１００６）。水素濃度が所定値以上である場合（ステップＳ１００６のＹＥＳ）、制御部２０８は、ステップＳ１００２からの処理を繰り返す。 Next, the control unit 208 determines whether the hydrogen concentration is equal to or higher than a predetermined value (step S1006). If the hydrogen concentration is equal to or higher than the predetermined value (YES in step S1006), the control unit 208 repeats the processing from step S1002.

一方で、水素濃度が所定値未満である場合、（ステップＳ１００６のＮＯ）、制御部２０８は、脱気遮断弁１１４を閉じ（ステップＳ２１０）、全体処理を終了する。 On the other hand, if the hydrogen concentration is less than the predetermined value (NO in step S1006), the control unit 208 closes the degassing cutoff valve 114 (step S210) and ends the overall process.

以上のように、本実施形態によれば、水素濃度変換部２１６が水素リサイクル管６内の圧力を水素濃度に変換する。そして、制御部２０８は、補正した水素濃度が所定値未満となった場合に脱気遮断弁１１４を閉状態することにした。これにより、水素を余分に脱気管８から脱気したり、水素濃度が低い状態で脱気を遮断したりすることが抑制される。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 As described above, according to this embodiment, the hydrogen concentration converter 216 converts the pressure inside the hydrogen recycling pipe 6 into hydrogen concentration. Then, the control unit 208 closes the degassing cutoff valve 114 when the corrected hydrogen concentration becomes less than the predetermined value. As a result, excessive degassing of hydrogen from the degassing pipe 8 and blocking of degassing when the hydrogen concentration is low are suppressed.
Although several embodiments of the invention have been described above, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.

１：燃料電池発電システム、２：水素ガス供給管、６：水素リサイクル管、８：脱気管、１００：燃料電池、２００：制御装置、２０４：取得部、２０８：制御部。 1: Fuel cell power generation system, 2: Hydrogen gas supply pipe, 6: Hydrogen recycling pipe, 8: Degassing pipe, 100: Fuel cell, 200: Control device, 204: Acquisition unit, 208: Control unit.

Claims (14)

水素ガス供給管を介して原燃料の供給を受ける燃料電池のアノードオフガスを再循環させ、前記原燃料と混ぜて再利用する水素リサイクル管から分岐する脱気管の脱気流量を制御する制御装置であって、
前記脱気管からの脱気が遮断されている状態での前記水素ガス供給管内の第１流量と、前記脱気管からの脱気が継続している状態での前記水素ガス供給管内の第２流量と、の流量差を前記脱気流量に関する情報として取得する取得部と、
前記情報に基づき、前記流量差の変化に応じて前記脱気管からの脱気を遮断する制御を行う制御部と、
を備える、制御装置。 A control device for controlling the degassing flow rate of a degassing pipe branching from a hydrogen recycling pipe that recirculates the anode off-gas of a fuel cell that receives raw fuel supplied through a hydrogen gas supply pipe, mixes it with the raw fuel and reuses it. There is
A first flow rate in the hydrogen gas supply pipe when degassing from the degassing pipe is blocked, and a second flow rate in the hydrogen gas supply pipe when degassing from the degassing pipe continues and an acquisition unit that acquires the flow rate difference between as information on the degassing flow rate,
a control unit that performs control to block degassing from the degassing pipe in accordance with a change in the flow rate difference based on the information;
A controller. 前記水素リサイクル管内の所定の水素濃度に対応する前記脱気流量の閾値が設定されており、
前記制御部は、前記脱気管からの脱気を開始して、前記脱気流量が前記閾値に達すると、前記脱気管からの脱気を遮断する制御を行う、請求項１に記載の制御装置。 A threshold value of the deaeration flow rate corresponding to a predetermined hydrogen concentration in the hydrogen recycling pipe is set,
2. The control device according to claim 1, wherein said control unit starts degassing from said degassing pipe and, when said degassing flow rate reaches said threshold value, performs control to cut off degassing from said degassing pipe. . 前記制御部は、前記流量差が所定値に達すると、前記脱気管からの脱気を遮断する制御を行う、請求項１に記載の制御装置。 2. The control device according to claim 1, wherein said control unit performs control to block degassing from said degassing pipe when said flow rate difference reaches a predetermined value. 前記取得部は、前記脱気管からの脱気が継続している状態での前記水素ガス供給管内における流量を取得しており、
前記制御部は、前記流量が所定値に達すると、前記脱気管からの脱気を遮断する制御を行う、請求項１に記載の制御装置。 The acquisition unit acquires a flow rate in the hydrogen gas supply pipe while degassing from the degassing pipe continues,
2. The control device according to claim 1, wherein said control unit performs control to block degassing from said degassing pipe when said flow rate reaches a predetermined value. 燃料電池のアノードオフガスを再循環させ、原燃料と混ぜて再利用する水素リサイクル管から分岐する脱気管の脱気流量を制御する制御装置であって、
前記脱気流量に関する情報を取得する取得部と、
前記情報に基づき、前記脱気流量の変化に応じて前記脱気流量を調整する制御を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記脱気流量の変化速度が所定値に達すると、前記脱気管からの脱気を遮断する制御を行う、制御装置。 A control device for recirculating the anode off-gas of a fuel cell and controlling the degassing flow rate of a degassing pipe branching from a hydrogen recycling pipe for reuse by mixing with the raw fuel,
an acquisition unit that acquires information about the degassing flow rate;
a control unit that performs control to adjust the degassing flow rate according to changes in the degassing flow rate based on the information;
with
The control device, wherein the control unit performs control to cut off degassing from the degassing pipe when a rate of change in the degassing flow rate reaches a predetermined value. 前記制御部は、前記水素リサイクル管内の圧力にも基づき、前記脱気流量を調整する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の制御装置。 The control device according to any one of claims 1 to 5, wherein the control unit adjusts the degassing flow rate also based on the pressure in the hydrogen recycling pipe. 前記制御部は、前記水素リサイクル管内の温度にも基づき、前記脱気流量を調整する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の制御装置。 The control device according to any one of claims 1 to 6, wherein the control unit adjusts the degassing flow rate also based on the temperature inside the hydrogen recycling pipe. 前記脱気管からの脱気を開始してから脱気が遮断されるまでの脱気時間を記憶する記憶部を更に備え、
前記制御部は、前記脱気時間に基づき、前記脱気を遮断する脱気遮断弁の閉状態である閉期間を制御する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の制御装置。 further comprising a storage unit that stores a degassing time from when degassing from the degassing pipe is started until degassing is interrupted;
The control device according to any one of claims 1 to 7, wherein the control unit controls a closed period, which is a closed state of a degassing cutoff valve that blocks the degassing, based on the degassing time. 前記制御部は、前記脱気時間が長くなるに従い、前記閉期間をより短くする、請求項８に記載の制御装置。 The control device according to claim 8, wherein the controller shortens the closed period as the deaeration time increases. 前記取得部は、前記脱気管からの脱気が継続している状態での前記水素リサイクル管内の脱気圧力を取得しており、
前記制御部は、前記脱気圧力が所定に達すると、前記脱気管からの脱気を遮断する制御を行う、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の制御装置。 The acquisition unit acquires the degassing pressure in the hydrogen recycling pipe while the degassing from the degassing pipe continues,
10. The control device according to any one of claims 1 to 9, wherein the control unit performs control to block degassing from the degassing pipe when the degassing pressure reaches a predetermined value. 前記取得部は、前記脱気管からの脱気が継続している状態での前記水素リサイクル管内の脱気圧力を取得しており、
前記制御部は、前記脱気圧力の変化速度が所定値定以下になると、前記脱気管からの脱気を遮断する制御を行う、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の制御装置。 The acquisition unit acquires the degassing pressure in the hydrogen recycling pipe while the degassing from the degassing pipe continues,
10. The control device according to any one of claims 1 to 9, wherein the control unit performs control to cut off degassing from the degassing pipe when the rate of change of the degassing pressure becomes equal to or less than a predetermined value. 前記原燃料が供給されている間において、前記燃料電池の発電出力または電流値は所定値以上に維持されている、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の制御装置。 11. The control device according to any one of claims 1 to 10, wherein a power generation output or current value of said fuel cell is maintained at a predetermined value or more while said raw fuel is being supplied. 水素ガス供給管を介して原燃料の供給を受ける燃料電池のアノードオフガスを再循環させ、原燃料と混ぜて再利用する水素リサイクル管から分岐する脱気管の脱気流量を制御する燃料電池発電システムの制御方法であって、
前記脱気管からの脱気が遮断されている状態での前記水素ガス供給管内の第１流量と、前記脱気管からの脱気が継続している状態での前記水素ガス供給管内の第２流量と、の流量差を前記脱気流量に関する情報として取得する取得工程と、
前記情報に基づき、前記流量差の変化に応じて前記脱気管からの脱気を遮断する制御工程と、
を備える、制御方法。 A fuel cell power generation system that recirculates the anode off-gas of the fuel cell that receives the raw fuel supply through the hydrogen gas supply pipe, mixes it with the raw fuel and reuses it. A control method of
A first flow rate in the hydrogen gas supply pipe when degassing from the degassing pipe is blocked, and a second flow rate in the hydrogen gas supply pipe when degassing from the degassing pipe continues and an acquisition step of acquiring the flow rate difference between as information on the degassing flow rate;
a control step of blocking degassing from the degassing pipe according to a change in the flow rate difference based on the information;
A control method comprising: 水素ガス供給管を介して原燃料の供給を受ける燃料電池と、
前記燃料電池のアノードオフガスを再循環させ、原燃料と混ぜて再利用する水素リサイクル管と、
前記水素リサイクル管から分岐する脱気管と、
前記脱気管からの脱気流量を調整する制御を行う制御装置と、を備える燃料電池システムであって、
前記制御装置は、
前記脱気管からの脱気が遮断されている状態での前記水素ガス供給管内の第１流量と、前記脱気管からの脱気が継続している状態での前記水素ガス供給管内の第２流量と、の流量差を前記脱気流量に関する情報として取得する取得部と、
前記情報に基づき、前記流量差の変化に応じて前記脱気管からの脱気を遮断する制御を行う制御部と、
を有する、燃料電池システム。 a fuel cell that receives raw fuel supply through a hydrogen gas supply pipe ;
a hydrogen recycling pipe that recirculates the anode off-gas of the fuel cell and mixes it with the raw fuel for reuse;
a degassing pipe branching from the hydrogen recycling pipe;
A fuel cell system comprising a control device for controlling the flow rate of degassing from the degassing pipe,
The control device is
A first flow rate in the hydrogen gas supply pipe when degassing from the degassing pipe is blocked, and a second flow rate in the hydrogen gas supply pipe when degassing from the degassing pipe continues and an acquisition unit that acquires the flow rate difference between as information on the degassing flow rate,
a control unit that performs control to block degassing from the degassing pipe in accordance with a change in the flow rate difference based on the information;
A fuel cell system.
JP2018231058A 2018-12-10 2018-12-10 Control device, control method, and fuel cell power generation system Active JP7140664B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018231058A JP7140664B2 (en) 2018-12-10 2018-12-10 Control device, control method, and fuel cell power generation system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018231058A JP7140664B2 (en) 2018-12-10 2018-12-10 Control device, control method, and fuel cell power generation system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020095800A JP2020095800A (en) 2020-06-18
JP7140664B2 true JP7140664B2 (en) 2022-09-21

Family

ID=71085026

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018231058A Active JP7140664B2 (en) 2018-12-10 2018-12-10 Control device, control method, and fuel cell power generation system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7140664B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022026197A (en) * 2020-07-30 2022-02-10 株式会社東芝 Gas flow control device and method, and fuel cell system

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006310182A (en) 2005-04-28 2006-11-09 Toyota Motor Corp Fuel cell system and purge valve control method
JP2006324058A (en) 2005-05-17 2006-11-30 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system and purge control method of fuel cell system
JP2007012532A (en) 2005-07-01 2007-01-18 Nissan Motor Co Ltd Control device of fuel cell system
JP2007280721A (en) 2006-04-05 2007-10-25 Toyota Motor Corp Fuel battery system
JP2008103167A (en) 2006-10-18 2008-05-01 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP2008103190A (en) 2006-10-19 2008-05-01 Toyota Motor Corp Fuel cell system and its drainage control method
JP2012156144A (en) 2012-04-10 2012-08-16 Toyota Motor Corp Fuel cell system and control method thereof
JP2018055872A (en) 2016-09-27 2018-04-05 ブラザー工業株式会社 Fuel cell system, method of controlling fuel cell system, and computer program

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006310182A (en) 2005-04-28 2006-11-09 Toyota Motor Corp Fuel cell system and purge valve control method
JP2006324058A (en) 2005-05-17 2006-11-30 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system and purge control method of fuel cell system
JP2007012532A (en) 2005-07-01 2007-01-18 Nissan Motor Co Ltd Control device of fuel cell system
JP2007280721A (en) 2006-04-05 2007-10-25 Toyota Motor Corp Fuel battery system
JP2008103167A (en) 2006-10-18 2008-05-01 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP2008103190A (en) 2006-10-19 2008-05-01 Toyota Motor Corp Fuel cell system and its drainage control method
JP2012156144A (en) 2012-04-10 2012-08-16 Toyota Motor Corp Fuel cell system and control method thereof
JP2018055872A (en) 2016-09-27 2018-04-05 ブラザー工業株式会社 Fuel cell system, method of controlling fuel cell system, and computer program

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020095800A (en) 2020-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5327316B2 (en) Fuel cell system
JP4877656B2 (en) Fuel cell system and current control method thereof
JP2007035446A (en) Fuel cell system and gas leak detector
JP2007059321A (en) Fuel cell system
JP2009016170A (en) Fuel cell system and control device of fuel cell system
JP7140664B2 (en) Control device, control method, and fuel cell power generation system
US9812718B2 (en) Fuel cell system
JP2006324058A (en) Fuel cell system and purge control method of fuel cell system
JP2009059556A (en) Fuel cell system
JP7038301B2 (en) Fuel cell system and how to operate the fuel cell system
US20080152962A1 (en) Controlling oxidant flow to a reactor of a fuel cell system
JP2007265786A (en) Fuel cell system and its control method
JP2006310182A (en) Fuel cell system and purge valve control method
JP3915569B2 (en) Fuel cell failure determination apparatus and method
JP5135665B2 (en) Fuel cell system
JP2005116402A (en) Starting method of fuel cell system
JP4899285B2 (en) Fuel cell system
JP2005243491A (en) Fuel cell system
JP2004178990A (en) Oxidant flow rate control method of fuel cell system
CN112786922B (en) Fuel cell system and control method thereof
CN111406337B (en) Fuel cell system, indication device for fuel cell system, and indication method for fuel cell system
JP6832491B2 (en) Fuel cell system and its operation method
JP7091708B2 (en) Fuel cell system
US8039155B2 (en) Fuel-cell system and method of controlling fuel cell
KR20210071622A (en) Fuel cell system and method compensating of hydrogen pressure sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20190521

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20190522

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210308

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220330

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220401

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220527

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220610

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220727

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220809

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220908

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7140664

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150