JP7481960B2 - 燃料電池システム - Google Patents
燃料電池システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP7481960B2 JP7481960B2 JP2020145389A JP2020145389A JP7481960B2 JP 7481960 B2 JP7481960 B2 JP 7481960B2 JP 2020145389 A JP2020145389 A JP 2020145389A JP 2020145389 A JP2020145389 A JP 2020145389A JP 7481960 B2 JP7481960 B2 JP 7481960B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- oxidizer
- fuel gas
- electrode
- gas supply
- 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
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 148
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims description 117
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 116
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 82
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 62
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 57
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 41
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims description 14
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 13
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 51
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 32
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 32
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 11
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 6
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 4
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 4
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 101000585359 Homo sapiens Suppressor of tumorigenicity 20 protein Proteins 0.000 description 1
- 102100029860 Suppressor of tumorigenicity 20 protein Human genes 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 210000005056 cell body Anatomy 0.000 description 1
- 238000005536 corrosion prevention Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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
図1は、実施形態に係る燃料電池システム1の全体構成を模式的に示すブロック図である。
図1に示すように、本実施形態の燃料電池システム1は、燃料電池本体10を備えている。ここでは、燃料電池本体10は、燃料極20(アノード)および酸化剤極30(カソード)を有する。図示を省略しているが、燃料電池本体10において燃料極20と酸化剤極30(カソード)との間には電解質膜(図示省略)が介在しており、燃料電池本体10は、燃料ガスと酸化剤ガスとの間の反応によって発電運転を行うように構成されている。また、燃料電池本体10は、燃料電池本体10を冷却するために電池冷却部40を備えている。
燃料電池本体10において、燃料極20は、燃料ガスが燃料ガス供給流路L211から供給され、燃料ガス排出流路L212に排出されるように構成されている。ここでは、燃料ガス供給流路L211は、燃料ガス供給部210と燃料極20との間を連通しており、燃料ガス供給部210と燃料極20との間には燃料極入口弁V211が設けられている。そして、燃料ガス排出流路L212には、燃料極出口弁V212が設けられている。燃料ガス供給流路L211および燃料ガス排出流路L212は、たとえば、多孔質材料で形成されたセパレータ(図示省略)に設けられた部分を含む。燃料ガスは、たとえば、水素であって、水素ボンベや水素吸蔵合金を用いて構成された水素源である燃料ガス供給部210から燃料極20へ供給される。
燃料電池本体10において、酸化剤極30は、酸化剤ガスが酸化剤ガス供給流路L311から供給され、酸化剤ガス排出流路L312に排出されるように構成されている。ここでは、酸化剤ガス供給流路L311は、酸化剤ガス供給部310と酸化剤極30との間を連通しており、酸化剤ガス供給部310と酸化剤極30との間には酸化剤極入口弁V311が設けられている。そして、酸化剤ガス排出流路L312には、酸化剤極出口弁V312が設けられている。酸化剤ガス供給流路L311および酸化剤ガス排出流路L312は、たとえば、多孔質材料で形成されたセパレータ(図示省略)に設けられた部分を含む。酸化剤ガスは、たとえば、空気であって、ブロアやコンプレッサなどの酸化剤ガス供給部310から酸化剤極30へ供給される。
燃料電池本体10において、電池冷却部40は、冷却水循環流路L410を循環する冷却水が流入し、かつ、流出するように構成されている。冷却水循環流路L410には、冷却水ポンプ410が設けられており、冷却水ポンプ410によって冷却水が電池冷却部40を介して冷却水循環流路L410を循環する。冷却水循環流路L410は、たとえば、多孔質材料で形成されたセパレータ(図示省略)に設けられた部分を含む。
本実施形態の燃料電池システム1においては、燃料ガス循環流路L230が設けられている。燃料ガス循環流路L230は、燃料ガス供給流路L211に一端が連通し、燃料ガス排出流路L212に他端が連通している。具体的には、燃料ガス循環流路L230の一端は、燃料ガス供給流路L211において燃料極入口弁V211と燃料極20との間に位置する部分に連結されている。そして、燃料ガス循環流路L230の他端は、燃料ガス排出流路L212において燃料極出口弁V212と燃料極20との間に位置する部分に連結されている。そして、燃料ガス循環流路L230には、燃料リサイクルブロア230が設けられている。
また、本実施形態の燃料電池システム1においては、脱気流路L250が設けられている。脱気流路L250の一端は、燃料ガス循環流路L230において燃料ガス排出流路L212に連通する他端と燃料リサイクルブロア230との間に連結されている。そして、脱気流路L250には、脱気弁V250が設けられている。
燃料電池システム1は、上記の他に、制御部80を備えている。制御部80は、燃料電池本体10の発電運転を制御するために、燃料電池システム1を構成する各部を制御する。図示を省略しているが、制御部80は、演算器(図示省略)とメモリ装置(図示省略)とを含み、メモリ装置が記憶しているプログラムを用いて演算器が演算処理を行うことによって、燃料電池システム1を構成する各部の制御を行う。
本実施形態の燃料電池システム1の動作について説明する。
まず、発電運転の概要について説明する。
つぎに、発電運転の停止について説明する。
このように、本実施形態では、脱気弁V250の閉止した状態で発電運転を停止しているので、燃料極20中の窒素濃度を一定値以上に保ったまま発電を停止させることができる。
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され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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。
Claims (5)
- 燃料ガスが燃料ガス供給流路から供給され、燃料ガス排出流路に排出される燃料極、および、酸化剤ガスが酸化剤ガス供給流路から供給され、酸化剤ガス排出流路に排出される酸化剤極を有し、燃料ガス供給部から前記燃料ガス供給流路を介して前記燃料極に供給される前記燃料ガスと、酸化剤ガス供給部から前記酸化剤ガス供給流路を介して前記酸化剤極に供給される前記酸化剤ガスとの間の反応によって発電運転を行うように構成されている燃料電池本体と、
前記発電運転を制御するように構成されている制御部と
を備える燃料電池システムであって、
前記燃料ガス供給流路に設けられた燃料極入口弁と、
前記燃料ガス排出流路に設けられた燃料極出口弁と、
前記酸化剤ガス供給流路に設けられた酸化剤極入口弁と、
前記酸化剤ガス排出流路に設けられた酸化剤極出口弁と、
前記燃料ガス供給流路に一端が連通し、前記燃料ガス排出流路に他端が連通している燃料ガス循環流路と、
前記燃料ガス循環流路に設けられた脱気弁と
を有し、
前記制御部は、前記発電運転を停止する運転停止指令を受けたとき、前記脱気弁を閉止し、前記燃料極中の窒素濃度が基準値未満である場合には前記燃料極中の窒素濃度が基準値以上になるまで前記発電運転を継続した後に、少なくとも、前記燃料極出口弁と前記酸化剤極入口弁と前記酸化剤極出口弁とを閉止することによって前記発電運転を停止させる、
燃料電池システム。 - 燃料ガスが燃料ガス供給流路から供給され、燃料ガス排出流路に排出される燃料極、および、酸化剤ガスが酸化剤ガス供給流路から供給され、酸化剤ガス排出流路に排出される酸化剤極を有し、燃料ガス供給部から前記燃料ガス供給流路を介して前記燃料極に供給される前記燃料ガスと、酸化剤ガス供給部から前記酸化剤ガス供給流路を介して前記酸化剤極に供給される前記酸化剤ガスとの間の反応によって発電運転を行うように構成されている燃料電池本体と、
前記発電運転を制御するように構成されている制御部と
を備える燃料電池システムであって、
前記燃料ガス供給流路に一端が連通し、前記燃料ガス排出流路に他端が連通している燃料ガス循環流路と、
前記燃料ガス循環流路に設けられた脱気弁と
を有し、
前記制御部は、前記発電運転を停止する運転停止指令を受けたとき、前記脱気弁を閉止し、前記燃料極中の窒素濃度が基準値未満である場合には前記燃料極中の窒素濃度が基準値以上になるまで前記発電運転を継続した後に、前記発電運転を停止させ、
前記発電運転を停止させた後には、前記燃料電池本体に外部負荷を接続することによって、前記燃料電池本体において前記燃料極に残留した燃料ガスおよび前記酸化剤極に残留した酸化剤ガスを消費する、
燃料電池システム。 - 燃料ガスが燃料ガス供給流路から供給され、燃料ガス排出流路に排出される燃料極、および、酸化剤ガスが酸化剤ガス供給流路から供給され、酸化剤ガス排出流路に排出される酸化剤極を有し、燃料ガス供給部から前記燃料ガス供給流路を介して前記燃料極に供給される前記燃料ガスと、酸化剤ガス供給部から前記酸化剤ガス供給流路を介して前記酸化剤極に供給される前記酸化剤ガスとの間の反応によって発電運転を行うように構成されている燃料電池本体と、
前記発電運転を制御するように構成されている制御部と
を備える燃料電池システムであって、
前記燃料ガス供給流路に一端が連通し、前記燃料ガス排出流路に他端が連通している燃料ガス循環流路と、
前記燃料ガス循環流路に設けられた脱気弁と
を有し、
前記制御部は、前記発電運転を停止する運転停止指令を受けたとき、前記脱気弁を閉止し、前記燃料極中の窒素濃度が基準値未満である場合には前記燃料極中の窒素濃度が基準値以上になるまで前記発電運転を継続した後に、前記発電運転を停止させ、
前記発電運転を停止させた後には、前記燃料極の圧力が大気圧以上に保持されるように、前記燃料極に燃料ガスを供給する、
燃料電池システム。 - 前記制御部は、リサイクル発電時間に基づいて、窒素濃度が基準値以上であるか否かを判断する、
請求項1から3のいずれかに記載の燃料電池システム。 - 前記制御部は、電圧低下量に基づいて、窒素濃度が基準値以上であるか否かを判断する、
請求項1から3のいずれかに記載の燃料電池システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020145389A JP7481960B2 (ja) | 2020-08-31 | 2020-08-31 | 燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020145389A JP7481960B2 (ja) | 2020-08-31 | 2020-08-31 | 燃料電池システム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022040600A JP2022040600A (ja) | 2022-03-11 |
JP7481960B2 true JP7481960B2 (ja) | 2024-05-13 |
Family
ID=80499450
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020145389A Active JP7481960B2 (ja) | 2020-08-31 | 2020-08-31 | 燃料電池システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7481960B2 (ja) |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006209996A (ja) | 2005-01-25 | 2006-08-10 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
JP2007123013A (ja) | 2005-10-27 | 2007-05-17 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
JP2007141779A (ja) | 2005-11-22 | 2007-06-07 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
JP2008140772A (ja) | 2006-11-06 | 2008-06-19 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 燃料電池発電装置の停止方法及び燃料電池発電装置 |
JP2011086474A (ja) | 2009-10-15 | 2011-04-28 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システムおよびその停止方法 |
JP5052776B2 (ja) | 2004-10-19 | 2012-10-17 | 東芝燃料電池システム株式会社 | 燃料電池システムの停止保管起動方法、及び停止保管起動プログラム |
JP2012248319A (ja) | 2011-05-25 | 2012-12-13 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システムおよびその制御方法 |
JP5169056B2 (ja) | 2007-07-31 | 2013-03-27 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム及びその運転停止方法 |
JP2014509045A (ja) | 2011-02-01 | 2014-04-10 | コンパニー ゼネラール デ エタブリッスマン ミシュラン | 燃料電池スタックのための再循環ループ |
JP2015097218A (ja) | 2009-10-30 | 2015-05-21 | コンパニー ゼネラール デ エタブリッスマン ミシュラン | 燃料電池スタックの動作停止方法 |
JP2016095903A (ja) | 2014-11-12 | 2016-05-26 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムおよび燃料電池搭載車両 |
-
2020
- 2020-08-31 JP JP2020145389A patent/JP7481960B2/ja active Active
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5052776B2 (ja) | 2004-10-19 | 2012-10-17 | 東芝燃料電池システム株式会社 | 燃料電池システムの停止保管起動方法、及び停止保管起動プログラム |
JP2006209996A (ja) | 2005-01-25 | 2006-08-10 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
JP2007123013A (ja) | 2005-10-27 | 2007-05-17 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
JP2007141779A (ja) | 2005-11-22 | 2007-06-07 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
JP2008140772A (ja) | 2006-11-06 | 2008-06-19 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 燃料電池発電装置の停止方法及び燃料電池発電装置 |
JP5169056B2 (ja) | 2007-07-31 | 2013-03-27 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム及びその運転停止方法 |
JP2011086474A (ja) | 2009-10-15 | 2011-04-28 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システムおよびその停止方法 |
JP2015097218A (ja) | 2009-10-30 | 2015-05-21 | コンパニー ゼネラール デ エタブリッスマン ミシュラン | 燃料電池スタックの動作停止方法 |
JP2014509045A (ja) | 2011-02-01 | 2014-04-10 | コンパニー ゼネラール デ エタブリッスマン ミシュラン | 燃料電池スタックのための再循環ループ |
JP2012248319A (ja) | 2011-05-25 | 2012-12-13 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システムおよびその制御方法 |
JP2016095903A (ja) | 2014-11-12 | 2016-05-26 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムおよび燃料電池搭載車両 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2022040600A (ja) | 2022-03-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2020057116A1 (zh) | 一种燃料电池系统及其停机启动时吹扫和排水的方法 | |
CN109841876B (zh) | 燃料电池反极电流抑制方法、装置、计算机设备和储存介质 | |
US7875399B2 (en) | Stop method for fuel cell system | |
US8062801B2 (en) | Avoiding coolant slump into reactant fields during PEM fuel cell shutdown | |
US20100310955A1 (en) | Combustion of hydrogen in fuel cell cathode upon startup | |
CN111082098A (zh) | 一种燃料电池系统停机方法 | |
US20160204457A1 (en) | Method For Operating A Fuel Cell Stack | |
EP1872429B1 (en) | A fuel cell and a method for operating said fuel cell | |
KR100962382B1 (ko) | 수소 재순환 장치를 구비한 연료전지 시스템 | |
KR100969064B1 (ko) | 공기흡입밸브를 이용한 연료전지의 열화 방지 방법 | |
JP7481960B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2008004564A (ja) | 燃料電池システムの発電停止方法 | |
US20230261231A1 (en) | Regenerative fuel cell system | |
US9240599B2 (en) | Ammonia or hydrazine injection into fuel cell systems | |
US11843145B2 (en) | Apparatus for reducing exhaust hydrogen concentration in a fuel cell system and a method thereof | |
KR20090058837A (ko) | 연료전지 시스템 및 그 수소 퍼지 방법 | |
US8039155B2 (en) | Fuel-cell system and method of controlling fuel cell | |
JP2005158603A (ja) | 燃料電池システム | |
CN117199456B (zh) | 燃料电池停机控制方法、装置、设备及计算机可读介质 | |
US20240222664A1 (en) | Fuel cell flushing system and method therefor | |
US20230261217A1 (en) | Anode recovery system of fuel cell | |
CN113169359B (zh) | 用于降低在燃料电池堆中的碳腐蚀的方法以及机动车 | |
CN116247233A (zh) | 燃料电池车辆及其控制方法 | |
JP2023047070A (ja) | 燃料電池システム及び制御方法 | |
CN117239179A (zh) | 燃料电池系统限制高电位的启动方法及高电压放电系统 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230220 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230919 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20231031 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20231226 |
|
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: 20240402 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240426 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7481960 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |